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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