Um pouco sobre caixas de marcha

Olá pessoal,

Sei que tem bastante tempo que eu não posto nada aqui, pois é, culpem a Dinâmica de Corpos Rígidos e os Sinais e Sistemas por isso…

Hoje vou dar uma noção de como funciona uma caixa de marchas.

A razão pela qual os carros possuem caixas de marcha é a necessidade de que aconteça a multiplicação do torque que sai do motor, quando o carro entra em uma subida por exemplo, precisamos de um torque muito maior, quando o carro esta em linha reta, numa estrada por exemplo, o torque não é tão necessário, precisamos de velocidade.

Para isso existem as reduções, cada marcha na verdade é um par de engrenagens, que tem uma razão raios (na verdade de dentes) entre elas.

Mas o que isso significa na pratica?

Bom, vamos La, quanto maior a redução mais voltas o eixo do motor vai ter que dar para que a saída da caixa “gire” uma mesma “distância”, isso faz com que o carro perca velocidade, mas ganhe o torque necessário para subir uma rampa.

No projeto de concepção de uma caixa, se leva em conta a capacidade máxima que o carro deve ter para subir uma rampa, e então se dimensiona a 1ª marcha, pensa-se então na velocidade máxima que o carro deve desenvolver, e então se aplica a redução necessária para isso na ultima marcha, as intermediarias são calculadas de maneira que se suavize o gap entre as reduções, vale lembrar que se esse gap for muito grande o veiculo pode ficar “bobo” (quando você acelera a rotação demora a subir).

Existem caixas de várias geometrias diferentes, podem variar os tipos de engrenagens, o numero de semi-arvores (eixos), a presença ou não dos sincronizadores, isso sem falar no próprio número de reduções, um carro de passeio tem na maioria das vezes, 5 marchas, alguns mais esportivos tem 6 e os carros de Formula 1 possuem 7.

Nos carros de rua se utiliza (na maioria das vezes) uma geometria com 5 marchas sincronizadas e engrenagens com dentes helicoidais, esse tipo de engrenagem atenua o barulho das engrenagens rodando dentro da caixa.

engrenagem de dentes helicoidais

Nos carros de competição e mais comum a utilização de engrenagens com dentes retos, o barulho não e um fator importante, principalmente se comparado a diferença de performance entre os 2 tipos de engrenagens.

Engrenagens da caixa de marchas de competição usadas nas Ferraris da Tekpron

O funcionamento de uma caixa manual é bem simples, dentro da caixa são formados pares de engrenagens para que se forme a redução, quando o motor gira, todos os pares de redução giram também, isto é, quando o motor está acoplado à caixa, da 1ª a 5ª marcha (e a ré também) estão girando. Vale lembrar que a ré não é um par de engrenagens, mas sim um trio, é necessária uma engrenagem no meio para que haja a inversão do sentido de rotação da caixa.

Ao contrario do que muitos pensam engrenar uma marcha não e juntar uma engrenagem na outra, como eu disse, todos os pares de redução estão engrenados, quando o motorista “engrena” ou “engata” uma marcha, o que ele faz e mover um sincronizador que e atuado pela alavanca de mudanças.

O sincronizador é composto por um cone fêmea, que fica na engrenagem e um cone macho que fica preso ao garfo, o acoplamento do cone macho com o cone fêmea se dá por atrito. O papel do sincronizador é suavizar as trocas, ele está presente em caixas de carro de passeio, no caso dos carros de corrida o câmbio não é sincronizado.

Esquema do sincronizador

Como eu disse antes, todas as engrenagens estão rodando, quando o sincronizador (que é solidário ao eixo de saída da caixa) engata em uma marcha, esse conjunto passa a ser a redução da saída da caixa.

alavanca de mudanças

A alavanca de mudanças tem 3 posições, o motorista pode puxar ela para um lado (1ª e 2ª marchas), no meio (3ª e 4ª marchas) e no outro lado (5 e ré). A ré tem vários tipos de posições diferentes, mas vamos usar essa posição por simplificação.

Caixa com geometria clássica

Cada posição da alavanca controla um garfo, cada garfo empurra um sincronizador para um lado, ou para o outro. Por exemplo, na 1ª marcha se puxa a alavanca para a esquerda e se empurra ela para frente, isso quer dizer, seleciona-se o garfo 1 e esse garfo empurra o sincronizador dele de encontro à primeira marcha.

No caso da caixa acima, são 3 garfos e 3 sincronizadores, e as marchas seriam “agrupadas” aos pares.

Como dito antes, ao puxar a alavanca para a esquerda seleciona-se o sincronizador que é responsável pela 1ª e 2ª marchas, quem vai decidir para qual lado o sincronizador vai é o motorista, empurrando a alavanca para frente ou para trás, o mesmo vale para a posição do meio (3ª e 4ª) e para a posição do outro lado (5ª e ré), no caso da ré.

No vídeo abaixo o leitor consegue ter uma noção de como é a dinâmica de uma caixa de marchas.

Bom pessoal,

Esse foi o primeiro post sobre caixas de câmbio, espero me aprofundar mais um pouco no assunto nos próximos.

Muito obrigado por todos os acessos que o blog vem tendo, pelos comentários… estou sempre aberto a sugestões de temas para escrever aqui.

Um abraço,

Rafael Basilio

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    • Tarcisio Cardoso
    • 19 setembro, 2011

    Muito boa a dica. Parabens

    • mario fialho
    • 18 abril, 2012

    Bom dia a todos, estou com um problema eu tenho siena 2011/2012 celebretion já troquei o kit duas vezes, mais a minha embreagem continua estalando, eu não sei se foi uma batida na parte da roda lado esquerdo, queria alguma ajuda para tentar resolver esse defeito, obrigado a todos.

    • Mario,

      o melhor a fazer é procurar um especialista em caixa, é muito dificil dar um diagnostico via internet, eu pelo menos não gosto de fazer isso porque a chance de erro é muito grande.

      um abraço,

      Rafael

    • gbelmec
    • 6 julho, 2012

    tenho um peugeot 106 e esta raspando, no momento do engate da 2 marcha, me falaram que e o anel sincronizado, pode ser?

    • Sim, pode ser. Um problema no par de redução é mais difícil de acontecer, inclusive no calculo do par leva-se em conta essa possibilidade de desgaste, as relações são sempre “ímpares” justamente para não propagar um defeito em algum dente, pode ser que haja um problema no par de engrenagem, mas por resultado de um uso indevido.

      espero ter ajudado,

      um abraço,

      Rafael

    • rosalvo
    • 25 agosto, 2012

    a caixa de macha do polo so serve a 2.0
    a 1,6 e 1,8 dar certo

    • Mustenberg
    • 24 outubro, 2012

    Pretendo instalar um motor boxer novo em um buggy, devo instalar também uma caixa de marchas nova mesmo não estando apresentando problemas? Existe a possibilidade de uma caixa de marchas causar dano a um motor?

    • Mustenberg,

      na teoria nenhuma caixa de marchas danifica o motor, o que pode acontecer é que se você não usar a caixa que foi escalonada para aquele motor em específico, você vai ter um desempenho pífio. Dê uma olhada no post que eu fiz sobre matching aqui mesmo, acho que vai ajudar a entender.

    • Rafael
    • 1 dezembro, 2012

    Olá! Tive um problema no sistema de câmbio num Palio Fire 2006: as trocas de marcha estavam “duras”, de modo que eu as conseguia apenas com o carro desligado. Com a 1º engatada, eu ligava o carro, ele dava um solavanco e morria quando eu parava num sinal, com a 1º ainda engatada. O mecânico disse que a embreagem tinha estragado, colocou um conjunto novo e dois dias depois, o problema continuou. Ele abriu a caixa de câmbio e vi um desgaste, um “rasgo” num braço do garfo. Acho que a causa inicial era esta, e trocaram a embreagem sem necessidade. Uma solda no garfo poderia ter “disfarçado” o real problema. Enfim, é possível que o problema tenha a ver com com a embreagem que foi trocada (platô, disco e rolamento)? Desde já, agradeço.

    • Olhe,

      acho muito improvável que o problema fosse na embreagem, caso contrário você teria problemas em todas as trocas, presumo eu que o problema foi no garfo responsável pela 1ª e 2ª marchas, um teste poderia ter sido feito tentando sair com a 3ª marcha (não é tão impossível assim), eu sinceramente acho difícil que o problema fosse na embreagem, mas não posso afirmar nada sem ver.
      um abraço

    • Wladir Santos
    • 3 dezembro, 2012

    Uma pergunta meio tola, mas necessária, para solucionar um assunto para uma pessoa: um amigo meu insiste em discutir que se o carro sai em 1ª, deve ser levado à 2ª, depois à 3ª e depois à 4ª, para só depois ser levado à 5ª marcha. Para desacelerar ele teima em dizer que se faz o caminho inverso. Eu insisto em que, saindo de uma marcha qualquer vai-se a um Ponto Morto e, dele, pode-se ir a qualquer uma das marchas, que estejam dentro das possibilidades do estágio da velocidade do motor no momento. Segundo ele, essa passagem brusca de uma marcha menor para a 5ª (por exemplo), danifica o câmbio, a que me contraponho pois ao sair de uma marcha, na verdade a entrada em outra está partindo, não da anterior, mas de um Ponto Morto… Por favor, diga algo sobre isto para mostrar a ele… grato. Wladir Santos.

    • Wladir,

      Realmente não há necessidade de trocas as marchas em sequência, as caixas automáticas e sequenciais, como o próprio nome diz, funcionam do jeito que o seu amigo disse, passando as marchas em sequência tanto para cima quanto para baixo, mas isso é uma questão de projeto, nas caixas manuais onde como você mesmo disse, temos a opção de por ponto morto e logo depois engatar qualquer marcha isso não é uma verdade.

      A caixa de marchas serve para multiplicar o torque que sai do motor, sem essa multiplicação o carro não teria força para se locomover, na verdade o torque é multiplicado duas vezes, uma pela relação de marcha e outra pelo diferencial, funciona mais ou menos assim, se você está em 5ª marcha com relação de marchas de 0.7:1 (nesse caso estamos desmultiplicando o torque) e o diferencial do seu carro tem uma relação de por exemplo 4.5:1, o torque que chega a roda é 3.5 vezes (4.5 x 0.7) maior do que o torque que o motor está gerando, as relações de marcha servem para multiplicar o torque, as custas de uma velocidade menor ou o contrário, desmultiplicar o torque em troca de uma velocidade maior.

      Uma vez que já sabemos como isso funciona podemos concluir que, não há problema nenhum em frear e descer por exemplo de 5ª para 3ª marcha, desde que você lembre que cada marcha tem um fator de multiplicação e se você ainda estiver numa rotação alta, ao descer de 5ª para 3ª a rotação do motor vai subir consideravelmente, novamente como você disse, se a velocidade for compatível não há problema, por tanto em parte você está certo, não há dano nenhum a caixa se você fizer isso racionalmente, agora, quando feito na aceleração a coisa muda um pouco, ainda afirmo que se você sair de 3ª para a 5ª marcha acelerando, da mesma forma a caixa não será danificada, mas obviamente você vai ter uma queda abrupta na rotação e o motor pode vir a morrer ou o carro ficar sem aceleração mas isso não acarreta nenhum problema mecânico.

      Quanto a atitude do seu amigo de reduzir as marchas em sequência, não é um comportamento muito comum de se ver na rua e sim nas pistas de corrida (visto que as caixas são sequenciais em sua maioria), é um comportamento válido, pois reduzindo as marchas uma a uma você mantém o carro numa faixa de rotações mais próximas, e caso precise acelerar repentinamente o carro vai estar mais nas suas mãos, resumindo, reduzir as marchas sequencialmente deixa o carro mais “ativo”, o próprio Ayrton Senna por exemplo fazia muito isso na época em que a Formula 1 tinha caixas manuais comuns, enquanto os outros pilotos reduziam as marchas de 2 a 2 por exemplo nas curvas, ele reduzia sequencialmente e ganhava algum tempo fazendo isso.

      Resumo da ópera, reduzir as marchas fora da sequencia não danifica o carro, desde que você não reduza de 5ª para 2ª por exemplo porque isso acarretaria um aumento repentino da rotação do motor, mas como você disse, se a troca for feita de maneira racional e compatível com a velocidade, não há problema.

      um abraço,

      Rafael

    • Ednardo
    • 24 janeiro, 2013

    Notei que os carros mais novos fazem um barulho de estalo seco quando arrancam na primeira marcha em baixa rotação ou quando o motorista erra a marcha e tenta sair de terceira. Nos carros antigos não era assim. Porque isso acontece?

    • Ednardo,

      sinceramente eu nunca reparei esse barulho, então infelizmente não tenho uma explicação para dar.

      desculpe,

      Rafael

    • caio rodrigo
    • 3 fevereiro, 2013

    fiz a revisao da caixa de marcha e ficou com barulho feio,qdo coloco a quarta e acelero o barulho some,qdo tiro o pé do acelerador,baixa a rotacao e aparece um barulho,que mais parece uma roleta,me ajuda ai,estou precisando pois ninguem sabe resolver, a caixa de satelite apresenda uma folga! abraco Caio

  1. Bom dia eu tenho um palio 96 e ta dificio ( como c estivese trando ) pra passar a marcha da 1 pra segunda em diante, e quando vou por a re ou diminuir a marcha ela aranha isso só com o carro ligado.
    Obrigado

    • Gideao
    • 26 fevereiro, 2013

    Pareci que a segunda marcha.ta escapando

    • ismael sales
    • 27 abril, 2013

    Mande consertar minha caixa de marcha que estava estalando quando saia com o carro em 1 marcha.
    Depois do conserto melhorou, só que depois de um tempo ela agora está. estalando quando freio o carro com um pouco mais de força. Será que ela foi mal montada e as peças folgaram? Obrigado.

    • Ismael,

      pode ser que tenha havido um erro de montagem sim, ou alguma folga. Quando você aciona o freio (assumindo que você não pisa na embreagem), a inércia do motor tende a manter o carro no mesmo movimento porém a força da frenagem se opõe a essa inércia, caso haja alguma folga, essa é a hora perfeita para ela se manifestar.

      um abraço,

      Rafael

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    • paulo Henrique Silveira
    • 15 junho, 2013

    Outro dia ouvi de um engenheiro da Mercedes que 80% do ruido tradicional de um F1 , em alta velocidade na pista , provém da transmissão e não do motor. Procede esta informação?

    • Paulo,

      Não sei se eu diria 80%… mas sim, é verdade, grande parte do ruído vem da caixa de marcha, isso se deve porque enquanto que nos carros de rua os dentes das engrenagens são helicoidais, justamente para suprimir esse ruido, nos carros de corrida os dentes são retos, já que o ruido não é problema e usar dentes retos nas engrenagens trás um esforço menor no equipamento… se você quiser posso postar aqui um vídeo de uma Ferrari na qual participei de um teste uma vez, você vai reparar que a existe um ruido muito grande comparado com uma Ferrari comum…

      um abraço,

      Rafael

    • marciel
    • 7 julho, 2013

    tenho um palio fire 2007,e nao consigo engatar a 5 marcha,tem hora que ela engata meio q forçada…o que pode ter acontecido?

    • Maciel,

      Pode ser por uma série de motivos, eu acho mais provável que seja o sincronizador, mas como eu sempre digo aqui, procure um especialista… E muito difícil a gente saber qual o problema sem ver como acontece ou desmontar a caixa…

      Um abraço,

      Rafael

    • jeane
    • 10 julho, 2013

    Bom dia Rafael…subi no meio fio com a roda do lado do passageiro por pouco nao furou ali onde passa o oleo do motor…ficou bem arranhado.a roda ficou suspensa tive que usar o macaco para remover o carro.pergunta quando sai do local na hora em que vou trocar a marcha faz um barulho como se tive-se arrastando alguma coisa meio que chiando quando acelero sera que aconteceu algo com a caixa de marcha?

    • jeane
    • 10 julho, 2013

    obs…meu carro e um novo gol 1.0 2013

    • Jeane,

      Eu acho difícil ter acontecido alguma coisa com a caixa pois existe uma estrutura muito resistente por fora e as engrenagens responsáveis pelas marchas ficam dentro desse bloco de aço, agora, há uma possibilidade de ter danificado alguma árvore (eixo) da caixa… 100% dos carros populares fabricados no Brasil possuem motor transversal, e a caixa também, logo a caixa de marcha está montada entre as duas rodas dianteiras do carro… Eu acho difícil ser algum problema na caixa, acho mais provável algo envolvendo as juntas homocineticas… Mas de qualquer forma, procure um mecânico de confiança que ele saberá o que fazer…

      Um abraço,

      Rafael

  3. amigo teno um fiat uno ano 91 meu cabo de embreagem partiu comprei outro e botei depois q botei entra as macha todas menos a 3 macha oq deve ser

    • Fernando,

      Possivelmente o defeito aconteceu quando você estava em 3ª e ela pode de fato ter quebrado, não posso dizer exatamente o que aconteceu, procure um especialista que vai abrir a sua caixa e diagnosticar o problema.

    • neto
    • 17 outubro, 2013

    Amigos tenho uma escort 1.8 motor ap,fiz o motor do mesmo, porem to com um problema que meu carro não passa de 140km,ja fiz vários testes e depois de um tempo constatei que o óleo da caixa estava baixo. Minha pergunta é? a caixa de macha ruim pode fazer o carro perder desempenho?

    • Neto,

      Sem duvida uma caixa ruim afeta o desempenho do carro, além do fato do baixo nível de óleo poder provocar a quebra da caixa.

    • Aline
    • 7 novembro, 2013

    Oi Rafael como vai?

    Tenho um Agile LTZ 2010/2011. Na verdade comprei há pouco tempo e observei um problema.

    A primeira marcha escapa bastante (sempre ocorre quando estou parada no transito da cidade maravilhosa de São Paulo), a segunda marcha as vezes é um pouco ruim de entrar.

    O que pode ser?

    Obrigada!

    • Aline,

      pode ser um problema na alavanca de cambio, ou nas hastes de comando… só quem pode afirmar é alguém que abra e veja como está o estado do sistema.

      um abraço,

      Rafael

    • Marcola
    • 19 novembro, 2013

    O que pode ser quando a troca de marcha fica difícil depois de um tempo com o carro rodando? Parado no semáforo fica muito difícil engatar a 1ª e a ré faz aquele barulho arranhado que parece que nem estou pisando na embragem…é um 206 1.6. Se alguém puder me dar uma opinião, agradeço!

    • Marcola,

      Pode ser algum problema com o óleo da caixa, talvez esteja na hora de trocar, quando o óleo lubrificante aquece, a sua viscosidade cai e essa pode ser a razão dos barulhos.

      um abraço,

      Rafael

    • Joel
    • 28 novembro, 2013

    Estou pegando uma dakota ,mais quando passo marcha 1,2,3 tem um barulho como rolamento ruim é possível

    • André
    • 10 dezembro, 2013

    Fala Rafael blz?

    Excelente site, tem muita informação útil para entuasiastas e afins.
    Tenho um escort zetec 2002, fui trocar de marcha e acabei engatando segunda aproximadamente a uns 90km/h, 100 km/h, deu um estalo e a marcha desengatou.
    Consigo engatar segunda e demais marchas normalmente, porém a segunda desengata sozinha após pouco tempo engatada, o que pode ser? Será que alguns dentes da engrenagem foram pro vinagre?

    • Amdré,

      Pode ser sim que a engrenagem tenha sido danificada, o fato dos dentes serem helicoidais possibilita que as vezes a marcha não escape, mas existe uma grande possibilidade da engrenagem estar danificada.

    • Joao
    • 26 março, 2014

    Ola! Eu tenho um Peugeot 307 1.6 gasolina de 2002, e neste momento tenho um problema na minha caixa. As mudancas nao entrem de qualquer maneira, apenas entram a 3vel, e 4vel. A alavanca nao sai do meio como se tivesse em ponto neutro! Nao sei oke pensar….Meu mecanico disse ke pode ser apenas afinar a caixa, falta de oleo, ou caixa foi se!

    • João,

      Os garfos podem ter sido danificados. Consulte um especialista em caixas de marcha.

      um abraço,

      Rafael

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