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Sistemas mecânicos automotivos 2009
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Descrição do sistema mecanico. excelente trabalho

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  • 1. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinUNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICADisciplina: Sistemas Mecânicos Automotivos Professor: Carlo Giuseppe Filippin, M. Eng. Sistemas Mecânicos Automotivos 1
  • 2. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin ÍNDICE1 HISTÓRICO DO AUTOMÓVEL .......................................................................................10 1.1 História dos Logotipos de Fabricantes de Automóveis............................................37 1.2 Cronologia ...............................................................................................................602 dinâmica de marcha.........................................................................................................63 2.1 Rendimento .............................................................................................................67 2.2 Componentes do Trem Motriz .................................................................................67 2.3 Disposição do Trem Motriz ......................................................................................67 2.4 Objetivo do Trem Motriz ..........................................................................................68 2.4.1 Resistências ao Movimento .................................................................................68 2.5 Força Trativa ...........................................................................................................73 2.5.1 Variação da Força Trativa Com a Velocidade......................................................73 2.5.2 Curvas de Performance .......................................................................................75 2.5.3 Curvas de Potência Constante ............................................................................75 2.5.4 Curvas de Potência e Torque ..............................................................................78 2.6 Determinação do Conjunto de Relações de Transmissão de uma Caixa de Engrenagens ......................................................................................................................79 2.7 Equação de Equilíbrio de Forças.............................................................................82 2.8 Configurações .........................................................................................................83 2.8.1 Características das principais configurações: ......................................................893 EMBREAGEM E ACOPLAMENTOS ...............................................................................95 3.1 Embreagem de Fricção ...........................................................................................95 3.2 Torque Transmissível ..............................................................................................96 3.3 Embreagem de Fricção Cônica ...............................................................................97 3.4 Outras Configurações de Embreagens por Atrito ....................................................98 3.5 Embreagens Eletromagnéticas..............................................................................102 3.6 Embreagem Hidráulica ..........................................................................................1034 CAIXAS DE TRANSMISSÃO.........................................................................................108 4.1 Tipos......................................................................................................................108 4.1.1 Caixa de transmissão por engrenamento por deslocamento .............................109 4.1.2 Caixas de transmissão por engrenamento constante ........................................110 4.1.3 Caixas de transmissão por engrenamento constante sincronizada ...................113 4.1.4 Caixas de transmissão direta e indireta .............................................................117 4.1.5 Caixa de transmissão com eixos intermediários opostos ..................................118 4.1.6 Caixa de transmissão epicíclica.........................................................................120 4.1.7 Caixa de transmissão automática ......................................................................122 4.2 Transmissões Auxiliares........................................................................................131 4.3 Conversores de Torque.........................................................................................136 4.4 Transmissões Continuamente Variáveis ...............................................................1395 EIXO MOTRIZ ...............................................................................................................142 5.1 Tipos......................................................................................................................142 5.2 Velocidade.............................................................................................................142 5.3 Configurações .......................................................................................................143 5.3.1 Eixo motriz com simples redução ......................................................................143 5.3.2 Eixo motriz com dupla redução..........................................................................144 5.3.3 Eixo motriz com redução nos cubos ..................................................................146 5.3.4 Eixo motriz de dupla redução com dupla velocidade .........................................147 5.4 Diferencial .............................................................................................................149 5.4.1 Diferencial aberto...............................................................................................151 2
  • 3. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 5.4.2 Eixo bloqueado ..................................................................................................153 5.4.3 Diferencial com deslizamento controlado ..........................................................1546 TRAÇÃO 4X4, 6x4 E INTEGRAL ..................................................................................161 6.1 Controle de Tração................................................................................................1717 JUNTAS UNIVERSAIS ..................................................................................................176 ÍNDICE DE FIGURASFigura 1: Pictografia Sumeriana de um veículo com rodas, 3500 a.C. ..................................11Figura 2: Veículo a vapor de Nicholas Cugnot, 1771.............................................................12Figura 3: Carruagem a vapor de Richard Trevithick, 1800. ...................................................12Figura 4: Veículo de Gottlieb Daimler com motro à combustão interna, 1885. ......................13Figura 5: Veículo de Karl Benz com motro à combustão interna, 1885. ................................13Figura 6: O primeiro veículo de Daimler. ...............................................................................14Figura 8: Henry Ford e o Quadriciclo, de 1896. .....................................................................16Figura 9: Ford Modelo A de 1903. .........................................................................................17Figura 10: Henry Ford e o Modelo T de 1908. .......................................................................17Figura 11: Linha de montagem da Ford.................................................................................17Figura 12: A fábrica da Ford Motor Company em Highland Park, em 1918...........................18Figura 13: O piloto Ralph DePalma e seu Packard V-12 in 1919. .........................................20Figura 14: Lancia Lambda, com carroceria monobloco e suspensão dianteira independente. .........................................................................................................................................20Figura 15: Transmissão automática para caminhões. ...........................................................21Figura 16: Pierce-Arrow Silver Arrow 1933 V 12 ...................................................................22Figura 17: Chrysler Airflow 1935, 8 cilindros em linha, 5.3 litros, 138 HP..............................23Figura 18: Peugeot 402, 2.0 litros desenvolvendo 55 CV ......................................................23Figura 19: BMW 307 1956 e BMW Z4.................................................................................24Figura 20: Chevrolet SSR e Chevrolet Pick-up 1951 ..........................................................24Figura 21: Chrysler PT Cruiser. .............................................................................................24Figura 22: Protótipos do KDF wagen construídos onde se percebe as portas abrindo-se para trás...................................................................................................................................25Figura 23: O Kommandeurwagen, veículo militar com base na plataforma do Sedan. .........26Figura 24: O Kübelwagen, veículo militar. .............................................................................26Figura 25: O Schwimmwagen, veículo militar anfíbio. ...........................................................26Figura 26: Bantam 40 BRC....................................................................................................30Figura 27: Willys MA ..............................................................................................................30Figura 28: Ford Pigmy ...........................................................................................................30Figura 29: Willys MB ..............................................................................................................31Figura 30: CJ-2A....................................................................................................................31Figura 31: CJ-3A....................................................................................................................32Figura 32: CJ-3B....................................................................................................................32Figura 33: Jeep modelo CJ-5.................................................................................................32Figura 34: CJ-7 ......................................................................................................................33Figura 35: Pneu diagonal.......................................................................................................34Figura 36: Pneu radial. ..........................................................................................................34Figura 37: Estrutura de um pneu. ..........................................................................................35Figura 38: Pneu diagonal sem carga e área de contato com o piso. .....................................36Figura 39: Pneu diagonal com carga e área de contato com o piso. .....................................36Figura 40: Comportamento em curva do pneu diagonal. .......................................................36Figura 41: Pneu radial sem carga e área de contato com o piso...........................................36 3
  • 4. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 42: Pneu radial com carga e área de contato com o piso...........................................37Figura 43: Comportamento em curva do pneu radial.............................................................37Figura 44: Logotipo Alfa Romeo. ...........................................................................................38Figura 45: Logotipo Aston Martin...........................................................................................38Figura 46: Logotipo Audi........................................................................................................39Figura 47: Logotipo BMW. .....................................................................................................40Figura 48: Logotipo Buick. .....................................................................................................41Figura 49: Logotipo Cadillac. .................................................................................................42Figura 50: Logotipo Chevrolet................................................................................................43Figura 51: Logotipo Chrysler..................................................................................................43Figura 52: Logotipo Citroën. ..................................................................................................43Figura 53: Logotipo Dodge. ...................................................................................................43Figura 54: Logotipo Ferrari. ...................................................................................................44Figura 55: Logotipo FIAT. ......................................................................................................45Figura 56: Logotipo Ford........................................................................................................45Figura 57: Logotipo Gurgel. ...................................................................................................47Figura 58: Logotipo Honda. ...................................................................................................47Figura 59: Logotipo Jeep. ......................................................................................................47Figura 60: Logotipo Lamborghini. ..........................................................................................47Figura 61: Logotipo Lotus. .....................................................................................................48Figura 62: Logotipo Maserati. ................................................................................................48Figura 63: Logotipo Mazda. ...................................................................................................49Figura 64: Logotipo Mercedes-Benz......................................................................................49Figura 65: Logotipo Mitsubishi. ..............................................................................................50Figura 68: Logotipo Peugeot..................................................................................................52Figura 69: Logotipo Porsche..................................................................................................52Figura 70: Logotipo Quadrifoglio............................................................................................53Figura 71: Logotipo Renault...................................................................................................53Figura 72: Logotipo Rolls Royce............................................................................................54Figura 73: Logotipo Saab.......................................................................................................55Figura 74: Logotipo Subaru. ..................................................................................................56Figura 75: Logotipo Volkswagen............................................................................................56Figura 76: Logotipo Volvo. .....................................................................................................58Figura 77: Logotipo Willys......................................................................................................59Figura 78: Curvas típicas de um motor ciclo Otto apresentando a potência máxima e o torque máximo. ..............................................................................................................64Figura 79: Curvas típicas de um motor Diesel apresentando a potência máxima e o torque máximo. Com a indicação da curva de consumo de combustível pode-se determinar a faixa ótima de funcionamento. A seleção do trem motriz deve ser feita de modo a manter o motor funcionando preferencialmente na faixa de consumo ótimo. ..............................65Figura 80: Curva de desempenho de um veículo, apresentado o desenvolvimento das velocidades em cada marcha em função da rotação do motor. Nota-se a faixa de utilização do veículo em cada marcha, em função dos limites mínimos e máximos de rotação recomendados para o motor, e a faixa econômica, onde o consumo de combustível é mínimo. .....................................................................................................66Figura 81: Curva de resistência ao rolamento de um ônibus comparando o desempenho do veículo equipado cm pneus diagonais (convencionais) e com pneus radiais. Nota-se o menor atrito gerado pelos pneus radiais, que para a velocidade de 80 km/h chega a consumir 30 CV a menos que os pneus diagonais. .........................................................71Figura 82: Curva de resistência aerodinâmica de um ônibus em função da velocidade, comparando-se a diminuição do arraste aerodinâmico conseguido com a melhora do 4
  • 5. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin coeficiente de penetração aerodinâmica do veículo, que chega a ser de 42% a 80 km/h. .........................................................................................................................................71Figura 83: Curva de resistência total de um ônibus apresentando-se a potência consumida em função da velocidade desenvolvida e das características de rampa a ser superada.72Figura 84: Curva de performance. .........................................................................................74Figura 85: Curva de performance. .........................................................................................76Figura 86: Curva de potência constante, representando a situação ideal onde o veículo teria infinitas relações de transmissão, com o motor trabalhando sempre na melhor faixa de consumo ou de desempenho...........................................................................................78Figura 87: Curva de potência e de torque do motor. .............................................................79Figura 88: Curva de desempenho de um caminhão-trator com caixa de câmbio de 10 marchas e um eixo motriz de simples redução. ...............................................................82Figura 89: Tração dianteira com motor dianteiro. ..................................................................84Figura 90: Tração traseira com motor traseiro transversal. ...................................................84Figura 91: Tração traseira com motor traseiro longitudinal....................................................85Figura 92: Tração traseira com motor traseiro transversal. ...................................................85Figura 93: Tração traseira com motor traseiro transversal. ...................................................85Figura 94: Tração traseira com correntes. .............................................................................86Figura 95: Tração traseira com suspensão De Dion..............................................................86Figura 96: Tração traseira com motor central. .......................................................................87Figura 97: Tração dianteira com motor dianteiro transversal.................................................88Figura 98: Tração dianteira com motor dianteiro longitudinal. ...............................................88Figura 99: Tração integral com motor dianteiro longitudinal. .................................................89Figura 100: Variante da configuração Standard com tração traseira, motor dianteiro longitudinal e caixa de câmbio traseira. ...........................................................................90Figura 101: Configuração Standard com tração traseira, motor dianteiro longitudinal. .........91Figura 102: Configuração com motor e tração traseiros. .......................................................92Figura 103: Configuração com tração dianteira e motor dianteiro transversal.......................93Figura 104: Clássica configuração com tração 4x4 parcial com motor dianteiro longitudinal.94Figura 105: Esquema de acoplamento por embreagem. .......................................................95Figura 106: Esquema de acoplamento por embreagem de fricção. ......................................95Figura 107: Acionamento hidráulico de embreagem de fricção. Ao acionar o pedal o condutor comuta a válvula que permite o enchimento do cilindro hidráulico que por sua vez aciona a embreagem. Ao liberar o pedal da embreagem o condutor comuta a válvula para a posição de esvaziamento do cilindro que libera a embreagem. ......................................96Figura 108: Esquema de isolamento de vibrações em embreagem de fricção......................97Figura 109: Esquema de acoplamento por embreagem cônica de fricção. ...........................97Figura 110: Esquema de acoplamento por embreagem multidisco de fricção.......................98Figura 111: Embreagem multidisco – com dois discos - aplicada em motor Diesel de caminhão pesado. ...........................................................................................................99Figura 112: Esquema de acoplamento por embreagem com mola tipo diafragma................99Figura 113: Embreagem de diafragma de acionamento inverso (puxando). Permite o acionamento de sincronizador auxiliar na entrada da caixa de câmbio através do mesmo mecanismo. ...................................................................................................................100Figura 114: Esquema de acoplamento por embreagem Borg & Beck. ................................101Figura 115: Esquema de acoplamento por embreagem de discos em banho de óleo. .......101Figura 116: Esquema de acoplamento por embreagem centrífuga. ....................................102Figura 117: Esquema de acoplamento por embreagem por corrente parasita. ...................102Figura 118: Esquema de acoplamento por embreagem eletromagnética Ferlec.................103Figura 119: Esquema de acoplamento por embreagem hidráulica......................................104Figura 120: Esquema de um rotor de uma embreagem hidráulica. .....................................105Figura 121: Esquema de acoplamento por embreagem hidráulica......................................106 5
  • 6. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 122: Disco e platô de embreagem de fricção. ..........................................................107Figura 123: Volante do motor sobre o qual se acoplam o disco e platô de embreagem de fricção. ...........................................................................................................................107Figura 124: Esquema de uma caixa de câmbio...................................................................108Figura 125: Esquema de uma caixa de câmbio por deslocamento de engrenagens...........109Figura 126: Caixa de câmbio por deslocamento de engrenagens.......................................110Figura 127: Esquema de caixa de câmbio por engrenamento constante. ...........................111Figura 128: Caixa de câmbio mista. ....................................................................................111Figura 129: Caixa de câmbio continuamente engrenada, exceto a primeira marcha. .........112Figura 130: Mecanismos de seleção de marcha. ................................................................112Figura 131: A selector fork / Ball-type. .................................................................................113Figura 132: Mecanismos de sincronização de carga constante, podendo ser aplicados externa ou internamente às engrenagens a sincronizar. ...............................................113Figura 133: Mecanismo de sincronização tipo "baulk”; (Vauxhall Motors)...........................114Figura 134: Mecanismo sincronizador com anéis sincronizadores postiços........................114Figura 135: Mecanismo sincronizador com cone duplo postiço (Smiths Industries)............115Figura 136: Mecanismo sincronizador com cone duplo postiço (ZF D-series).....................115Figura 137: Mecanismo de sincronização Porsche. ............................................................115Figura 138: Mecanismo de sincronização Scania: 1. Engrenagem; 2. Luva acionadora; 3. Luva de engate; 4. Engrenagem; Sistema de travamento - marcha engatada ..............116Figura 139: Caixa de câmbio totalmente indireta de quatro marchas com a redução final do eixo motriz acoplada diretamente no eixo secundário da caixa.....................................118Figura 140: Caixa de câmbio de veículo de passageiros com 5 velocidades, com marcha direta (ZF Synchroma S5-31). 1 – Eixo de entrada; 2 – Eixo secundário; 3 – Haste de acionamento; 4 – Eixo intermediário; 5 – Eixo de saída. ..............................................118Figura 141: Caixa de câmbio com eixos intermediários opostos (Fuller).............................119Figura 142: Caixa de câmbio com eixos intermediários opostos (Rockwell). ......................119Figura 143: Esquema de funcionamento de uma transmissão epicicloidal. ........................122Figura 144: Transmissão automática para caminhões, ônibus e veículos especiais com retarder integrado (ZF Ecomat 5 HP 500). 1 Conversor de torque hidrodinâmico com lock-up; 2 Retarder hidrodinâmico; 3 Conjunto planetário com 5 velocidades; 4 Bomba de óleo; 5 Controle da transmissão. ...................................................................................123Figura 145: Caixa de câmbio automática Borg-Wamer 65. .................................................124Figura 146: Caixa de câmbio convencional com acionamento automático. ........................125Figura 147: Caixa de câmbio convencional com acionamento automático. ........................126Figura 148: Motor e caixa de câmbio convencional de motocicleta.....................................126Figura 149: Caixa de câmbio automática.............................................................................127Figura 150: Diagrama de processo de estratégias de mudança de marcha no câmbio Tiptronic. ........................................................................................................................127Figura 151: Diagrama de desempenho da caixa de câmbio automática de 5 velocidades ZF 5 HP 18.............................................................................................................................128Figura 152: Sistema de controle da caixa de câmbio automática AP. .................................129Figura 153: Sistema de controle eletrônico de transmissão. ...............................................129Figura 154: Esquema da caixa de câmbio automática ZF 5 e ZF 6 HP 5000......................130Figura 155: Caixa de câmbio SCANIA com 10 marchas (5 x 2) empregando grupo redutor. 1 - Árvore principal; 2 -Caixa de mudanças principal; 3 - Seção planetária; 4 - Árvore de saída. .............................................................................................................................131Figura 156: Caixa de câmbio ZF - VOLVO, Mercedes-Benz - com 16 marchas (2x4x2) empregando splitter e grupo redutor e integral retarder (ZF-16 S 220 Ecosplit)............132Figura 157: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor. ................................................................................................................132 6
  • 7. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 158: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor. ................................................................................................................133Figura 159: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor. ................................................................................................................133Figura 160: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor. ................................................................................................................134Figura 161: 1 Árvore secundária; 2 Engrenagem solar; 3 Porta-planetárias; 4 Rolamento de agulhas; 5 Engrenagem planetária; 6 Coroa; 7 Disco de acionamento; 8 Cubo de sincronização; 9 Dispositivo de sincronização; 10 Luva de engate; 11 Árvore de saída; 12 Engrenagem acionadora; 13 Rolamento de esferas; 14 Sensor de velocidade; 15 Acionamento do velocímetro; 16 Flange de acoplamento. ............................................135Figura 162: Acionamento de grupos redutores planetários. ................................................136Figura 163: Conversor de torque hidrodinâmico com lockup. 1- Lockup; 2 – Turbina; 3 - Bomba; 4 – Estator; 5 – Roda livre. ...............................................................................137Figura 164: Conversor de torque Trilok (curva de desempenho típica para veículo de passageiros). .................................................................................................................137Figura 165: Conversor de torque. ........................................................................................137Figura 166: Conversor de torque Allison..............................................................................138Figura 167: Transmissão continuamente variável do Ford CTX 811. ..................................139Figura 168: Transmissão Variomatic com correia (CVT). ....................................................140Figura 169: Transmissão Variomatic Van Doorne (CVT).....................................................140Figura 170: Transmissão continuamente variável por polias cônicas e correia metálica.....141Figura 171: Transmissão continuamente variável por rodas de atrito. ................................141Figura 172: Redução simples por engrenamento cônico hipoidal. ......................................144Figura 173: Dupla redução por engrenamento cilíndrico + engrenamento cônico...............145Figura 174: Dupla redução por parafuso sem-fim + engrenamento epicicloidal (Kirkstall). .145Figura 175: Dupla redução por engrenamento cônico + duplo engrenamento cilíndrico. ....145Figura 176: Dupla redução por engrenamento cônico + engrenamento epicicloidal duplo..146Figura 177: Dupla redução por engrenamento cônico + engrenamento cilíndrico...............146Figura 178: Redução nos cubos por engrenamento cilíndrico.............................................146Figura 179: Redução nos cubos por engrenamento epicicloidal. ........................................147Figura 180: Redução nos cubos por engrenamento cônico.................................................147Figura 181: Dupla redução com dupla velocidade...............................................................148Figura 182: Eixo motriz de caminhão pesado com redução nos cubos por engrenamento epicicloidal. ....................................................................................................................148Figura 183: Carcaças de eixos motrizes..............................................................................148Figura 184: Esquema de eixo motriz com diferencial. .........................................................149Figura 185: Sistema diferencial. ..........................................................................................151Figura 186: Esquemas de diferencial aberto. ......................................................................151Figura 187: Diferencial aberto por engrenamento cônico e por engrenamento epicicloidal.152Figura 188: Diferencial aberto por engrenamento epicicloidal com distribuição desigual de torque e velocidade entre os semi-eixos........................................................................152Figura 189: Diferencial aberto com engrenagens cônicas. ..................................................153Figura 190: Bloqueio manual de diferencial por acionamento pneumático, bloqueando um semi-eixo na carcaça diferencial....................................................................................153Figura 191: Bloqueio manual de diferencial por acionamento pneumático, bloqueando uma planetária na carcaça diferencial. ..................................................................................154Figura 192: Bloqueio manual de diferencial por acionamento pneumático, bloqueando uma planetária na carcaça diferencial. ..................................................................................154Figura 193: Diferencial autoblocante. ..................................................................................155Figura 194: Diferencial autoblocante Dana Trac-Loc™. ......................................................156Figura 195: Diferencial autoblocante Salisbury....................................................................157 7
  • 8. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 196: Diferencial autoblocante ENSIMEC Full-Lock...................................................158Figura 197: Diferencial Inteligente Kaiser. ...........................................................................158Figura 198: Diferencial autoblocante Torsen™....................................................................159Figura 199: Diferencial autoblocante Torsen II™.................................................................159Figura 200: Diferencial viscoso instalado entre semi-eixo e carcaça do eixo. .....................160Figura 201: Diferencial viscoso instalado entre semi-eixo e semi-eixo. ...............................160Figura 202: Diferencial autoblocante ZF. .............................................................................161Figura 203: Sistema de tração integral do Daimler UNIMOG. .............................................162Figura 204: Sistema de tração 4x4 do FIAT Campagnolo. ..................................................163Figura 205: Sistema de tração integral do Audi Quattro. .....................................................163Figura 206: Diferenciais viscosos e Torsen empregados como diferenciais centrais em sistemas de tração integral. ...........................................................................................164Figura 207: Caixa de transferência com reduzida empregando engrenagens.....................165Figura 208: Caixa de transferência e diferencial central do BMW 525iX. ............................166Figura 209: Sistema de transmissão integral do BMW 525iX. .............................................166Figura 210: Vantagem da tração integral e 4x4 na subida de rampa e em pisos lisos. .......167Figura 211: Comparação entre tração integral e dianteira, e entre pneus de verão e de inverno. ..........................................................................................................................167Figura 212: Sistema de tração 6x4 de caminhões...............................................................168Figura 213: Sistema de suspensão e tração 6x4 tipo boogie (Scammell Routeman)..........168Figura 214: Sistema de tração 6x4 de caminhão mostrando os dois eixos motrizes e o diferencial central (aqui deslocado para a parte anterior do conjunto). .........................168Figura 215: Sistema de tração 6x4 de caminhões...............................................................169Figura 216: Sistema de tração 4x4 de veículo leve com motor dianteiro transversal. .........169Figura 217: Esquema geral de uma transmissão de trator agrícola 4x4..............................170Figura 218: Esquema detalhado de uma transmissão com 12 marchas de trator agrícola 4x4. .......................................................................................................................................170Figura 219: Esquema detalhado de uma transmissão com 20 marchas de trator agrícola 4x4. ................................................................................................................................170Figura 220: Curvas de adesão / escorregamento................................................................172Figura 221: Sistema eletrônico de controle de tração integrado ao gerenciamento do motor. .......................................................................................................................................172Figura 222: Sistema eletrônico de controle de tração integrado ao gerenciamento do motor. .......................................................................................................................................173Figura 223: Sistema ABS/ASR 2I de controle de tração para carro de passageiros. ..........173Figura 224: Sistema de controle de tração para carro de passageiros................................174Figura 225: Sistema de diferencial viscoso compatível com sistema antitravamento de freios. .......................................................................................................................................175Figura 226: Junta universal de Hooke. ................................................................................177Figura 227: Gráfico mostrando as variações de velocidade e aceleração angular, para ½ volta do eixo de acionamento (180o). Neste caso a junta apresenta um ângulo de 30o entre os eixos de entrada e de saída.............................................................................177Figura 228: Junta elástica Layrub........................................................................................177Figura 229: Junta elástica Metalastik...................................................................................178Figura 230: Junta elástica Moulton. .....................................................................................178Figura 231: Junta de velocidade constante Bendix Tracta. .................................................178Figura 232: Junta de velocidade constante Bendix Weiss...................................................179Figura 233: Junta de velocidade constante Dana Rzeppa...................................................179Figura 234: Junta de velocidade constante Birfield. ............................................................179Figura 235: Par de juntas universais formando um eixo FWD (Four Wheel Drive Company), de velocidade constante. ...............................................................................................180 8
  • 9. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 236: Par de juntas universais formando um eixo Glaenzer, de velocidade constante. .......................................................................................................................................180Figura 237: Par de juntas universais formando um eixo Kirkstall, de velocidade constante. .......................................................................................................................................180Figura 238: Vista frontal do motor do BMW 525iX, DOHC 24V. O veículo básico apresenta tração 4x2 traseira. Para a versão 4x4 foi necessário modificar o Cárter para acomodar o eixo motriz dianteiro. Aqui se vê os dois semi-eixos ligados por duas juntas homocinéticas. ...............................................................................................................181 ÍNDICE DE TABELASTabela 1: Rendimento da transmissão.............................................................................67Tabela 2: Configuração de trem motriz. ...........................................................................68Tabela 3: Relações de transmissão da caixa ZF-16 S 220. ...........................................132Tabela 4: Fator de velocidade........................................................................................143Tabela 5: Resumo dos diversos diferenciais autoblocantes...........................................161 9
  • 10. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin1 HISTÓRICO DO AUTOMÓVEL O automóvel é um dos aparelhos criados pelo homem que mais intensamente seintegrou às nossas vidas. Estendendo-se o termo para englobar caminhões e ônibus,praticamente toda pessoa tem contato diário com o automóvel. Mesmo na condição depedestre. Ao mesmo tempo, a indústria automotiva se esforça por apresentar ao consumidore ao entusiasta do automóvel uma série de novidades. Novidades tecnológicas quemelhoram o desempenho do veículo, que afetam a aparência, que possibilitam maiorconforto ao dirigir e, até, que permitem a integração do carro com outras novidades daeletrônica, como sistemas de telefonia e de música. Logo, é interessante que se conheça umpouco da história dos veículos automotores, para entender as novidades que surgem naindústria automotiva. Pode-se apresentar um breve histórico do automóvel, buscandoidentificar as inovações tecnológicas introduzidas, descrevendo uma cronologia da evoluçãodos veículos ao longo do tempo, detendo-se mais detalhadamente no final do século XIX einício do século XX. O primeiro registro de um invento que foi precursor da tecnologia automotiva indicaque aproximadamente em 4000 a.C. o homem inventou a roda. Considerando, inclusive, osveículos terrestres que se deslocam sobre esteiras, todos dependem de rodas para selocomover. Logo, foi o invento mais importante da tecnologia automotiva. Porém, apenas em3500 a.C., na Suméria, encontrou-se registro de um trenó sobre rodas. Portanto, com basenos registros históricos, o homem demorou 500 anos para aplicar a roda como elemento deum veículo. Talvez ele a tenha criado como um totem ou objeto de rituais. O trenó que era usado até então dependia do esforço humano para operar.Informações do Egito de 1600 a.C. já mostram uma plataforma de tração animal. Estaconfiguração de veículo perdurou por quase 3000 anos. A próxima novidade registrada emtermos de veículo foi na Inglaterra, em 1555, de uma carruagem de tração animal comsuspensão. Ou seja, somente em 1555 agregou-se alguma inovação tecnológica ao veículopadrão da época. Restava, agora, tornar o veículo autopropulsado, ou seja, independente de traçãoanimal ou humana. Na Holanda, em 1637, o conde de Nassau desenvolveu uma canhoneiraà vela – nos moldes dos pequenos veículos que às vezes se vê nas praias. Tinha, ainda,uma aplicação bélica, para combater em um terreno propício. Dependia, porém, dascorrentes de vento, que poderiam variar de direção e intensidade afetando a marcha doveículo. Surge, então, o primeiro veículo autopropulsado com geração própria de energia apartir do combustível que o próprio veículo poderia carregar: o veículo a vapor de Cugnot,construído na França em 1771. Como se pode ver na figura, o veículo consistia em umaplataforma de três rodas à qual se instalou uma caldeira e um motor a vapor. Como acaldeira ficava à frente do eixo dianteiro a manobrabilidade do, então, automóvel, eraprecária. Por conta disso que Cugnot e seu veículo foram os protagonistas do primeiroacidente automobilístico da história, quando, ao descrever uma curva, Cugnot atingiu ummuro. Como os sistemas desenvolvidos eram patenteados, e aproveitando das dificuldadesdo carro de Cugnot, James Watt, na Inglaterra em 1775, criou o veículo a vapor de altapressão. Com a caldeira produzindo vapor com pressão mais elevada que aquelaempregada por Cugnot, Watt conseguiu construir um veículo mais leve e mais manobrável.Com isso, melhorou a credibilidade sobre os automóveis, até que em 1800, também naInglaterra, Trevithick empregou um veículo a vapor como o primeiro veículo de transporte depassageiros autopropulsado. Ou seja, o primeiro ônibus. 10
  • 11. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Com a popularização do automóvel a vapor, e com as dificuldades operacionais deste– exigia um motorista e um foguista, para alimentar a caldeira, a busca por combustíveisalternativos levou Rivaz, na Suíça, em 1807, a construir o primeiro veículo com motor decombustão interna manual, queimando hidrogênio. Sim, hoje, em pleno século XXI estamosbuscando, também, a aplicação do hidrogênio como combustível. É claro, em condiçõesmais elaboradas que as da época. Brown, dezenove anos depois, em 1826 na Inglaterra,apresentou seu veículo com motor a combustão interna sem explosão, queimando álcool.Cabe, aqui, lembrar que estes motores não apresentavam uma vela para promover aexplosão do combustível. Empregavam um filamento aquecido, uma resistência elétrica,para que, sob compressão, a mistura ar e combustível queimasse, porém, em explodir.Logo, eram motores lentos, que trabalhavam a rotações de poucos rpm. Buscando, então,maior agilidade nos motores, na França em 1862 Lenoir construiu o primeiro veículo commotor de combustão interna de dois tempos operando a gás de carvão – gasogênio. Percebe-se que o desenvolvimento de veículos se concentrou na Europa. Porém, ospaíses do novo mundo absorviam estas novidades e nos EUA, em 1863, Roper, aplicandobem o capitalismo americano, produziu o primeiro veículo motorizado vendido em série –ainda que apenas 9 unidades e, é claro, era movido a vapor. O veículo a vapor apresentava-se bastante confiável e estava nos últimos estágios de desenvolvimento. Com o surgimento do petróleo veio, também, o primeiro veículo motorizado commotor de dois tempos à gasolina, na Áustria, desenvolvido por Marcus em 1865. Duasdécadas depois, na Alemanha, em 1885, Gottlieb Daimler desenvolve o primeiro veículo commotor quatro tempos à gasolina. Na realidade era uma motocicleta. No mesmo ano, tambémna Alemanha, Carl Benz desenvolve o primeiro veículo com motor de dois tempos comignição por centelha, à gasolina. A ignição por centelha era o último estágio dedesenvolvimento para o conceito básico do motor moderno à combustão interna. Figura 1: Pictografia Sumeriana de um veículo com rodas, 3500 a.C. 11
  • 12. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 2: Veículo a vapor de Nicholas Cugnot, 1771.Figura 3: Carruagem a vapor de Richard Trevithick, 1800. 12
  • 13. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 4: Veículo de Gottlieb Daimler com motor à combustão interna, 1885. Figura 5: Veículo de Karl Benz com motor à combustão interna, 1885. Pode-se apresentar um breve histórico do automóvel, buscando identificar as inovaçõestecnológicas introduzidas, descrevendo uma cronologia da evolução dos veículos ao longodo tempo, detendo-se mais detalhadamente no final do século XIX e início do século XX. Em continuação à análise da evolução do automóvel cabe, agora, abordar oautomóvel na sua concepção conceitual atual, ou seja, com as características básicas paraque seja classificado como automóvel. Estas características podem ser descritas comoveículo autopropulsado, acionado por motor com controle automático de alimentação equeima de combustível, dirigível por um único motorista e produzido em série. 13
  • 14. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Como foi apresentado, o primeiro veículo com estas características foi inventado eproduzido por Karl Benz e por Gottlieb Daimler, de forma independente (a Daimler-Benzsomente surgiu década depois). Ambos trabalharam na Alemanha e apresentaram seusinventos em 1885. A partir deste ponto todos os automóveis que se seguiram apresentavammotor à combustão interna com ignição por centelha (vela) sincronizada com a rotação domotor (sistema equivalente ao distribuidor). É claro que, nesta época, se está falando demotores monocilíndricos de 1 a 2 CV a 700 rpm, equipando veículos que desenvolviamvelocidades máximas de 20 km/h. Em 1885 Benz havia desenvolvido um veículo de 3 rodase Daimler um de 2 rodas (motocicleta). No ano seguinte, em 1886, Daimler desenvolveu oprimeiro veículo com motor quatro tempos à gasolina, com ignição por centelha, com quatrorodas. Este padrão se sucedeu e uma série de construtores repetiu a receita agregando,cada um, alguma melhoria ao projeto original. Figura 6: O primeiro veículo de Daimler. Na seqüência, na França, em 1891, Panhard e Levassor construíram o primeiro veículocom chassi como estrutura primária do veículo, ao qual foram agregados os demaiscomponentes. No mesmo ano, Armand Peugeot construía o primeiro veículo à gasolinavendido em série (68 unidades). Na Alemanha Benz continuou seu trabalho e apresentou,em 1895, um veículo com três marchas. Na França, no mesmo ano, De Dion constrói oprimeiro veículo com motor refrigerado a ar. Os EUA também começaram a investir na indústria automotiva. Em 1895 Balzardesenvolve um veículo com transmissão por engrenamento constante. A transmissão porengrenamento constante é a que se usa normalmente. Neste tipo de transmissão asengrenagens estão constantemente engrenadas, de forma que as trocas de marcha ocorrempelo acoplamento ou não de cada engrenagem ao seu respectivo eixo. Até então astransmissões ocorriam por deslocamento de engrenagens, dificultando em muito a troca demarcha como veículo em movimento. A marcha à ré de muitos carros atuais ainda éengrenada por deslocamento de engrenagem. Este assunto será completamente abordadoem edições posteriores. O veículo a vapor de Cugnot (abordado na edição anterior), em função de suaconstrução, tinha um perfil de aplicação como plataforma de carga. Os automóveis commotor à combustão interna (o motor a vapor é de combustão externa, ou seja, o combustívelé queimado em uma caldeira, externa ao motor, onde o vapor gerado pelo aquecimento daágua na caldeira atua sobre um êmbolo produzindo potência) tinham o perfil de transportepessoal. Daimler, em 1896, construiu o primeiro caminhão com motor à combustão interna. Na Alemanha Opel, em 1897, incluiu a marcha à ré em seu veículo. Hoje, itemimprescindível. Outras idéias, da época, talvez fossem tão audaciosas que não se tornaramcomercialmente aplicadas. Um exemplo é de Porsche que, na Áustria em 1899, criou umveículo com moto-gerador à gasolina acionando motores elétricos nas rodas, nos mesmosmoldes das locomotivas diesel-elétricas. 14
  • 15. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Os automóveis eram semelhantes aos veículos com tração animal do ponto de vista dodesenho do habitáculo. Não apresentavam capota. Foi Louis Renault, na França, em 1900,que criou o primeiro veículo com habitáculo fechado, ou seja, com capota. Na seqüência,Renault e seus irmãos criaram sua própria fábrica de veículos, que com os acontecimentosda segunda guerra mundial foi estatizada pelo governo francês. Nos EUA Ranson Olds estrutura a produção em massa do OLDSMOBILE, chegando amais de 2 milhares de unidades produzidas. As melhorias continuavam a surgir, muitasdelas facilitando a fabricação e permitindo a produção de carros em massa. As rodas dosveículos eram montadas em mancais de buchas, até que a SCANIA, na Suécia em 1901,apresentou um veículo com rolamentos de esferas nas rodas. Os componentes de umfabricante já começavam a serem aplicados em veículos de outro. Foi o caso de um veículoDAIMLER equipado com motor PEUGEOT com turbocompressor, na Alemanha em 1902.Com os automóveis ficando mais rápidos (o recorde de velocidade em 1898 era de 63 km/he em 1902 já alcançava 123 km/h) e mais comuns, melhorias na dinâmica de marcha e noconforto foram necessárias. Surgiu, assim, o amortecedor, em 1902. Criado por Mors, naFrança, inicialmente funcionava por atrito. Em 1908 Mors desenvolveu o amortecedorhidráulico. Figura 7: Um dos veículos de Armand Peugeot, 1896. Os motores dos veículos dessa época eram, tipicamente, monocilíndricos. Algunsfabricantes apresentavam automóveis com motores de 2 ou até 4 cilindros. Quanto maiscilindros apresentar um motor, para uma mesma configuração de projeto, maior será suapotência. Porém, mais peças móveis são necessárias, maior precisão de fabricação emontagem é exigida e maior é o custo do veículo. Porém, como o automóvel era e ainda éum produto em contínua evolução, a CGV lança um veículo com motor de 8 cilindros emlinha, na França em 1902. No mesmo ano, na Holanda, a SPYKER apresenta o primeiroveículo com motor de 6 cilindros e tração 4x4. Itens de conforto e segurança continuam a surgir. Na Inglaterra, em 1902, o volanteajustável é oferecido. Cabe lembrar que, mais de 100 anos depois, este item ainda é vistocomo opcional por alguns fabricantes. Talvez por questões de responsabilidade civil nosEUA, também em 1902, surgem em um Baker cintos de segurança. E muita gente aindareluta em usá-los ainda hoje. Melhorias mecânicas também continuam ocorrendo. A Buickapresenta nos EUA em 1903 um motor OHV 2.6 de 2 cilindros. A sigla OHV significa OverHead Valve, ou seja, válvulas no cabeçote. Os motores apresentavam, tipicamente, válvulasno bloco. No Brasil, o último motor que não era OHV foi o que equipava o Maverick 6cilindros. Os freios operavam com o sistema a tambor – e muitas vezes apenas nas rodastraseiras. O freio a disco surgiu na Inglaterra em um LANCHESTER em 1903. As carrocerias 15
  • 16. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippindos veículos eram construídas em madeira, às vezes completamente (nos EUA na décadade 40 do século passado portas de alguns utilitários ainda eram construídas em madeira). Aprimeira carroceria totalmente em aço foi a de um VAUXHALL inglês, em 1903. A Vauxhallviria a ser a subsidiária da GM na Europa. A carroceria em aço gerou um aspecto maisdefinitivo do veículo moderno – atualmente materiais que produzem fragmentos perfurantesem forma de lascas são proibidos por normativas de segurança. Continuando com mais uma etapa da história do automóvel no mundo, cabe sededicar alguns parágrafos a uma empresa em especial. Em 1903 é criada a Ford MotorCompany, por Henry Ford com mais 11 sócios. Henry Ford era filho de um fazendeiro, naregião de Dearborn no Michigan, EUA. Nunca gostou do trabalho no campo. Foi sempreinteressado em máquinas. Abandonou a vida no campo mudando-se para Detroit, a cidadefundada por Antoine Cadillac. Sempre estudando mecânica, Ford construiu seu primeiromotor à combustão interna em 1893. Era um pequeno motor que Ford fez funcionar sobre apia da cozinha. Três anos mais tarde construiu seu primeiro automóvel, o Quadriciclo. Em1899 Ford criou a Detroit Automobile Company, tendo fechado no ano seguinte porque osinvestidores não acreditavam na proposta de Ford em fabricar um automóvel barato. Como apopulação ainda via o automóvel como um brinquedo veloz, Ford precisa construir um carrode corrida e ganhar uma corrida importante para ter credibilidade. Construiu o Sweepstakese venceu, em uma corrida na pista oval de terra, o então campeão americano. Surgiraminvestidores e foi criada a Henry Ford Company, em 1901. Houve atrito entre Ford e osinvestidores, já que, agora, Ford queria fabricar carros de competição. Ford, então, demitiu-se e a empresa foi rebatizada como Cadillac Automobile Company. Em 1902, Ford passou acriar sua terceira empresa automobilística, a Ford & Malcomson, Ltd. Com poucas vendasele era incapaz de pagar seus fornecedores John e Horace Dodge. Incentivado por ThomasEdison (o fundador da General Electric – GE) que trouxe um grupo de investidores e aindaconvenceu os “Dodge Brothers” a aceitar ações da empresa. Em 16 de junho de 1903,Henry Ford e seus sócios criam a Ford Motor Company, com US$ 28.000, algumasferramentas e projetos. Ford estava com 39 anos de idade. Mais tarde, os “Dodge Brothers”passaram a formar a sua própria empresa. Figura 8: Henry Ford e o Quadriciclo, de 1896. Entre 1903 e 1908 a Ford vendeu 20.000 carros, dos Modelo A (com potência de 8 CV)ao Modelo S, em uma série de desenvolvimento do produto. Ford denominava seus veículossegundo a seqüência das letras do alfabeto, para cada projeto. Cabe lembrar que em 1928Ford desenvolveu novo projeto denominado de Ford Modelo A, novamente, que ficouconhecido no Brasil como “Ford Bigode”. Eram sempre carros muito simples, sem luxo,voltados à população em geral. Foi em 1º de outubro de 1908 que o Modelo T estava pronto 16
  • 17. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippinpara entrar em produção. Era um carro que poderia se chamar de “popular”, apesar doautomóvel ser novidade e um bem tipicamente voltado para a população de maior renda. OFord T invertia esta abordagem de mercado, ao vender 10.660 unidades no primeiro ano deprodução, a US$ 825. No final da sua produção custaria US$ 259. Era movido por um motor2.8, 4 cilindros, desenvolvendo 20 CV a 1800 rpm. Atingia 72 km/h consumindo 11,5 km/l degasolina, que custava US$ 0,20. Figura 9: Ford Modelo A de 1903. Figura 10: Henry Ford e o Modelo T de 1908. O processo de fabricação de um automóvel, na época, ocorria com o veículo fixo e osoperários trabalhando em torno dele. Neste ritmo, um Ford T levava doze horas e meia paraser produzido. Ford percebeu que esse sistema resultava em uma produção reduzida edeterminava o preço de veículo, em função da mão-de-obra consumida. Adotando o métodosugerido por Taylor, Ford implantou uma “linha de produção” para o Ford T. Na linha oveículo era movido lentamente em um trecho de 45 metros enquanto os operáriosadicionavam os componentes e executavam a montagem. Em 1914 o tempo consumidopara produzir um Ford T era de 94 minutos. Figura 11: Linha de montagem da Ford. Foi a grande revolução na produção em escala, fazendo a empresa passar dos 82.388carros vendidos em 1912 a US$ 600, para 308.162 carros vendidos em 1914, e para 17
  • 18. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin585.388 Ford T vendidos a US$ 360 em 1916. Produzindo tantos veículos era precisovendê-los. Os próprios operários poderiam, também, comprá-los. Ford dobrou o salário deseus operários para US$ 5 por dia de 12 horas de trabalho. Foram os mais bem pagosoperários do setor. Bons salários e produção em grande escala foram, na época,denominados de “Fordismo”. Até sair de produção, em 1927, foram produzidos 15.007.033Ford T. Figura 12: A fábrica da Ford Motor Company em Highland Park, em 1918. Nesse período, no mundo todo, dezenas de fábricas de veículos eram criadas. NosEUA cabe citar algumas. David Buick fabricava carros Buick, tendo, entretanto, que contrairum empréstimo com Benjamin Briscoe, dono da Maxwell-Briscoe Motor Company, dandocomo garantia a própria fábrica. Briscoe se tornou, então, sócio da empresa, tendo vendidosua parte para William Durant, em 1904. Em 1908 Durant sai da Buick. Durant era dono deduas pequenas marcas, a Little e a Republic. Contratou, então, os irmãos franceses Louis,Gaston e Arthur Chevrolet para desenvolver suas pequenas marcas sob o nome Chevrolet.Em seguida, ainda em 1908, George Perkins, dono da Perkins, sugere a criação de umgrande grupo de fabricantes de automóveis para sobreviver ao mercado. Apesar de nãoterem conseguido convencer Henry Ford, da Ford Motor Company, nem Ramson Eli Olds,da Olds Motor Works, foi fundada a General Motors Company – GMC (Maxwell-BriscoeMotor Company, Reo, Scripps-Booth, Sheridam, Perkins e Cadillac). Até o final do anoformam compradas a Buick, a Stewart Company e a Olds. No ano seguinte, a Oakland MotorCompany, que deu origem à divisão Poniac. Em 1918 a Chevrolet passa a fazer parte daGMC, agora como General Motors Corporation, com Durant como presidente e Walter PercyChrysler como vice-presidente. Walter Chrysler sai da GMC em 1922 e passa a trabalhar na Maxwell-Chalmers coma missão de salvar a empresa. Na seqüência, a empresa cede a Chrysler os direitos deprodução. Em 1928 a Chrysler compra a Dodge, a Plymouth e a De Soto. Em seguida,compra a Fargo. Na época, a Ford também compra a Mercury e a Lincoln. Surgem, então, as “trêsgrandes”, as três maiores empresas de produção automotiva do século XX. Em 1919 a Fordinstala-se no Brasil. Em 1925 é a vez da GMC. A Chrysler surge ao comprar a Simca,assumindo a Simca do Brasil em 1967. Complementando o assunto, quando se apresentou a conjuntura onde surgiram astrês grandes empresas automotivas americanas, serão comentados alguns aspectos queidentificam os “Vintage Cars”, ou carros das décadas de 1920 e 1930. Aproveitando a citação, após a época dos “vintage” desencadeou-se a Segunda GuerraMundial. Neste período praticamente nenhum novo modelo de automóvel foi construídopelos paises que participaram da guerra. Ainda, estes países eram os principais produtoresde veículos no mundo. Após o conflito, os carros produzidos no final da década de 1940 18
  • 19. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippineram praticamente os mesmos da década anterior. Foram os veículos pós-guerra. Nospaíses que restaram vencedores do conflito, particularmente os EUA, com o crescimentoacentuado da economia, surgiram os modelos exuberantes das décadas de 1950 e 1960,denominados de clássicos. Os mais atuais são denominados de contemporâneos. Os veículos produzidos até 1904 são chamados de antigos; entre 1904 e 1918 sãoveteranos. Segundo a Federação Brasileira de Automóveis Antigos, veículos produzidosentre 1930 e 1945 seriam pós-vintage e aqueles produzidos entre 1945 e 1960 seriam pós-guerra. Contemporâneos 1 seriam aqueles fabricados entre 1960 e 1970 e contemporâneos2 entre 1970 e 1979. Retornando à época dos “vintage”, neste período houve um grande salto tecnológico. Oparâmetro de maior impacto neste período foi a potência específica dos motores. Potênciaespecífica é o valor da potência do motor dividida pelo volume deslocado pelos êmbolos domotor (cilindrada). Por exemplo, um motor com deslocamento volumétrico de 2000 cm³ (2.0ou 2 litros), desenvolvendo 140 CV apresenta potência específica de 70 CV por litro. Comoreferência, um motor de Fórmula 1, de 2007, desenvolvendo 850 CV com deslocamento de3 litros, tem potência específica de 283 CV/litro. Pelas normas brasileiras, atualmente, e namaior parte do mundo, a potência dos motores é apresentada em unidades do sistemamétrico, ou seja, em Watts. Mais especificamente em kW (quilo-Watts), que corresponde a1000 Watts. A relação é 1 kW igual a 1,36 CV. Cabe lembrar que as unidades “práticas” depotência, o Cavalo Vapor (CV) é a potência desenvolvida por um cavalo para levantar 75 kga uma altura de 1 m em 1 segundo. Para os ingleses e americanos o “Horse Power” (HP) é apotência desenvolvida por um cavalo para levantar 550 libras a um pé de altura em 1segundo (1 libra é igual a 453,6 gramas e 1 pé é igual a 12 polegadas ou 304,8 mm). Logo,1 W é equivalente à potência necessária para levantar 1 kg a 1 metro de altura em 1segundo. Para os alemães é o PS – Pferdestärke, equivalente ao CV francês. Na primeira década do século XX (até 1910) a potência específica dos motores era de5,5 a 6,5 CV/litro. Na segunda década (até 1920) a potência específica passou para 9,0 a11,0 CV/litro. Já na década de 1921 a 1930 evoluiu para 20,0 CV/litro. As maiores evoluçõestecnológicas que permitiram este aumento de potência estavam associadas à maiorresistência dos materiais e à qualidade do combustível. Em 1920 foi desenvolvido o açoligado ao molibdênio. O aço é uma liga (junção de vários materiais) formando um materialuniforme e mais resistente que os elementos individuais que compõem a liga. O aço maiscomum é composto por 99,0% de ferro, 0,1% de carbono, 0,1% de fósforo e enxofre, 0,4%de silício e 0,4% de manganês. Nesta ocasião adicionou-se molibdênio ao aço, além deoutros elementos. Para efeito de comparação, as ferramentas manuais (chave de fenda,chave fixa) de boa qualidade são fabricadas com aço ligado ao cromo e ao molibdênio. Comisso as principais partes do motor do veículo suportavam maiores esforços e, porconseqüência, maiores potências poderiam ser desenvolvidos no mesmo tamanho de motor. Na seqüência, em 1922, foi desenvolvido o filtro de ar para o motor. Logo, o ar aspiradopelo motor passou a ser mais limpo, isento de partículas de poeira que poderiam atuar comoabrasivo nas paredes do cilindro, que forçaria o motor a operar com potências reduzidas. Em1924, a gasolina passou a ser fornecida com adição de chumbo tetra-etila, permitindo oaumento da taxa de compressão dos motores de 3:1 para 4,5:1. A potência é, praticamente,uma função contínua da taxa da compressão – logo este aumento de taxa de compressãopermitiria, associado a novos materiais, um aumento da potência específica. Em concordância, os processos produtivos também evoluíram, assim como mais algunsdispositivos auxiliares do veículo. Afinal, era preciso, cada vez mais, buscar novosmercados. Do ponto de vista de produção, a intercambiabilidade de peças, na indústriaautomotiva, teve como pioneira a Cadillac, desde 1908. Surge, nos EUA em 1920, a tintaDuCo – dual componente – de secagem mais rápida. Até então somente se empregavaesmalte sintético. Como as fábricas não dispunham de linhas de pintura com estufas, asecagem ocorria em função da temperatura ambiente. Isto explica porque a Ford somente 19
  • 20. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippinoferecia o Ford T na cor preta. A cor preta, com maior capacidade de absorver calor, secavamais rápido que as demais cores. Na evolução dos veículos, a Packard apresenta o primeiro motor V12, em 1912,disponibilizando maior potência, já que, tipicamente, um motor com mais cilindros podedesenvolver mais potência que outro motor, de mesmo deslocamento volumétrico, commenor número de cilindros. Em 1916 surge o limpador de pára-brisa. Na Itália, em 1908surge, em um Isotta Fraschini, o freio nas 4 rodas. Até então os veículos freavam apenascom o eixo traseiro. Na França um Hispano – Suiza é lançado com servo-freio, em 1919. Figura 13: O piloto Ralph DePalma e seu Packard V-12 in 1912. A Oldsmobile desenvolveu o 1° veículo com carroceria em material compósito (papel eepóxi). Na Itália, em 1922, a Lancia produz o 1° veículo com carroceria monobloco. Acarroceria monobloco, como na grande maioria dos veículos atuais, integra o habitáculo coma estrutura do veículo, formando um único bloco estrutural. As caminhonetes, por exemplo,assim como os caminhões, dispõem de um chassi sobre o qual assenta-se a cabine(habitáculo), a carroceria e os componentes mecânicos. A General Motor Corporation, em1929, lança um veículo com ar condicionado. O sistema era da marca Frigidaire, depropriedade da própria GMC, que, também, diversificava mercados.Figura 14: Lancia Lambda, com carroceria monobloco e suspensão dianteira independente. Buscando particularmente o público feminino, a Cadillac desenvolveu o motor de partidaelétrico para o veículo em 1912. Até então a partida do motor do carro era realizada atravésda ação muscular do motorista por meio de uma manivela, processo difícil e até perigoso. 20
  • 21. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinEm 1926 a Cadillac apresenta o pára-brisa laminado. Desde algumas décadas o pára-brisalaminado é item de segurança obrigatório nos veículos. Fica visível que a Cadillac seposiciona, e ainda hoje mantém esta posição, como fabricante de veículos com maior nívelde sofisticação e de recursos. Em 1928 oferece o Cadillac com caixa de câmbiosincronizada (exceto a primeira) e rádio, da marca Motorola. As caixas de câmbio eram deengrenamento constante, porém não dispunham de sistemas auxiliares de sincronismo parafacilitar os engates das marchas, tornando a direção de um veículo uma atividade quaseprofissional. As contribuições para melhorias nos automóveis freqüentemente vinham de pilotos.Pedroso era um piloto espanhol de competições tipo rali. Como necessitava de maispotência, desenvolveu um sistema manual de controle e variação do comando de válvulasdo motor de seu carro. Isto em 1926. O primeiro veículo com um sistema com essa função,no Brasil, foi produzido em 2001. Claro que com um sistema mais complexo e sofisticado,mas o objetivo era o mesmo. O início da década de 1930, após a crise na bolsa de valores americana, os veículosforam construídos com aperfeiçoamentos dos sistemas mecânicos disponíveis,particularmente com desenhos de carroceria mais ergonômicos e funcionais. Com a eclosãoda Segunda Guerra Mundial em 1939 os esforços de projeto e construção de veículos foiredirecionado para aplicações bélicas e militares. No início dos anos 30 surgiram os câmbios automáticos. Primeiro em um Buick, em1932 – era um câmbio semi-automático. Depois em um Oldsmobile, em 1939, com umatransmissão automática de 4 velocidades. Na década de 50 os câmbios automáticos sepopularizaram, fortemente, nos EUA. Existiam versões com 2, 3 e 4 velocidades. As caixas de transmissão automáticas proporcionam a mudança de marcha demaneira automática, sem a necessidade de intervenção do operador. A seleção da marcha aser empregada em cada instante é feita, basicamente, em função da velocidade do veículo,da rotação do motor e da posição do acelerador do motor. Os mecanismos empregados nascaixas automáticas são os engrenamentos planetários, isoladamente ou um conjunto deles,conforme o número de marchas que for necessário para a caixa de câmbio. Algumas caixasempregam transmissões em conjunto com outros tipos de engrenamentos. O acoplamentodo motor com a caixa automática é feito através de um conversor de torque. Figura 15: Transmissão automática para caminhões.A figura anterior mostra uma transmissão automática para caminhões, ônibus e veículosespeciais com retarder integrado (ZF Ecomat 5 HP 500). A indicação 1 refere-se aoconversor de torque hidrodinâmico com lock-up – sistema de fricção de acoplamento final daembreagem. O número 2 indica um retarder hidrodinâmico – sistema de freio auxiliar que,através da passagem forçada de óleo consome energia da tem motriz auxiliando no controle 21
  • 22. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippinde velocidade do veículo, particularmente em descidas (disponível apenas em caixas decâmbio automáticas de veículos pesados). O item 3 é o conjunto planetário com 5velocidades. A lubrificação e o controle da caixa de câmbio é hidráulico, acionado pelabomba de óleo (indicação 4). As válvulas de controle do câmbio estão alojadas no Carter dacaixa (item 5). Neste período o desenho das carrocerias evoluiu. Alguns construtores arriscavamdesenhos ousados, com apelo aerodinâmico. Poucos efetuam análises técnicas paradesenvolver um desenho efetivamente aerodinâmico. Em 1934 a Chrysler lança o “Airflow”.Era um veículo projetado para apresentar uma carroceria com desenho aerodinamicamentemelhor. Os únicos veículos anteriores aos Chrysler Airflow onde esse efeito foi estudadoforam o Peugeot 402 e o Silver Arrow 1933, este último, um carro produzido sobencomenda, em pequena escala. O Chrysler Airflow foi desenhado em função dos testes em túnel de vento e testes decampo em protótipos em estradas desertas. Quando foi apresentado ao público não foi bemaceito pelo mercado, pois, apesar de apresentar inovações que, atualmente, sãoencontradas em todos os automóveis, era diferente de tudo aquilo que se estavaacostumado a ver em veículos. Seu chassi tinha um novo desenho e nele era rebitada acarroceria; o motor era colocado sobre o eixo dianteiro e a suspensão, com molas longas,era muito mais suave. O centro de gravidade, mais baixo, e o tratamento aerodinâmicodavam ao veículo melhor estabilidade em relação aos carros de sua época. Sua carroceriacom poucas arestas, faróis embutidos, pára-brisa curvado e inclinado para trás, saiasrecobrindo grande parte das rodas traseiras e o pneu sobressalente coberto, davam ao carroum coeficiente de resistência aerodinâmica pouco superior a 0,5, o que permitia uma maioreconomia de combustível e maior velocidade. Além do maior espaço interno que foiconseguido pela distribuição racional dos componentes mecânicos, o banco dianteiroacomodava três pessoas e o traseiro, tão cômodo como aquele, vinha colocado 50 cm parafrente do eixo de trás, ao contrário dos carros da mesma época, em que esse banco vinhasobre o eixo, o que implicava desconforto e numa maior altura da carroceria. Figura 16: Pierce-Arrow Silver Arrow 1933 V 12 Das resistências ao movimento de um veículo o arrasto aerodinâmico é a maisrepresentativa, em velocidades mais elevadas. Ao se passar de 40 km/h para 120 km/h oarrasto aerodinâmico é aumentado em 9 vezes, exigindo 27 vezes mais potência para movero veículo. Por exemplo, um veículo com área frontal de 2 m² trafegando a 40 km/h, ao níveldo mar, com coeficiente de penetração aerodinâmica de 0,4 encontra uma resistência de 6kgf devido ao arraste aerodinâmico, exigindo 0,9 CV para vencê-lo. Já a 120 km/h essaresistência será de 54 kgf, exigindo 24 CV. A 200 km/h a potência exigida seria de 112 CV.Os veículos atuais apresentam, em média, um coeficiente de arrasto aerodinâmico de 0,3.Este coeficiente representa a forma como a carroceria é desenhada, sendo tão menorquanto mais aerodinâmica for a forma da carroceria. Portanto, um veículo, também com área 22
  • 23. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippinfrontal de 2 m², com coeficiente de 0,3, exigiria, a 200 km/h, 84 CV para vencer o arrastocom o ar. As demais parcelas a serem vencidas para o movimento do veículo são: subidas (nasdescidas esta parcela passa a ser favorável), atrito de rolamento dos pneus com o piso e ainércia (resistência à aceleração do veículo). A soma das quatro parcelas vem compor apotência necessária para o movimento do veículo em cada condição de carga, de piso e develocidade. Figura 17: Chrysler Airflow 1935, 8 cilindros em linha, 5.3 litros, 138 HP Figura 18: Peugeot 402, 2.0 litros desenvolvendo 55 CV As linhas de antigos veículos com excepcional desenho inspiram recenteslançamentos. A Chrysler inspirou-se no Airflow ao lançar o PT Cruiser. A BMW inspirou-seno 307 para lançar o Z4. A Chevrolet também relembra as linhas das antigas pick-ups dadécada de 50 na SLR. 23
  • 24. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 19: BMW 307 1956 e BMW Z4Figura 20: Chevrolet SSR e Chevrolet Pick-up 1951 Figura 21: Chrysler PT Cruiser. 24
  • 25. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin A evolução tecnológica dos veículos de passeio e de carga foi interrompida com aeclosão da Segunda Guerra Mundial em 1939. Os veículos civis permaneceram semalterações significativas até o final do conflito. Os principais esforços produtivos foramcanalizados para o projeto e construção de veículos para aplicações bélicas e militares.Naturalmente, após o conflito, as inovações desenvolvidas para os veículos militares foramaproveitadas no desenvolvimento dos veículos civis do final da década de 1940 e iníciodécada de 1950. Neste período da Segunda Guerra Mundial, as características de combate exigiram,particularmente, um veículo tático leve e ágil. Neste segmento cabe citar, especialmente, oJeep americano e o Kübelwagen alemão. Neste capítulo da História do Automóvel seráapresentada a história do Volkswagen e, no próximo capítulo, a história do Jeep. Sãohistórias com rumos distintos, já que o Kübelwagen foi derivado de um veículo civil e o Jeeporiginou todo um segmento de aplicações civis de um veículo militar. O Sedan nasceu no período anterior à Segunda Guerra Mundial. Adolf Hitler sonhavacom a motorização da população alemã e definiu as características de um carro popular: sercapaz de trafegar continuamente a 100 km/h, transportar quatro pessoas e suas malas ecustar no máximo 1.000 marcos imperiais. A convite do governo alemão, o engenheiroFerdinand Porsche deu continuidade ao projeto do carro barato com que também sonhava,construindo vários protótipos. Talvez Hitler quisesse dar ao povo alemão a mesmaoportunidade que os americanos tiveram com um Ford “T” robusto e barato. O VolkswagenSedan surgiu antes da própria fábrica e da própria marca. Na realidade o automóvelVolkswagen, um sedan duas portas, emprestou seu nome à fábrica e criou a marca.Inicialmente foi batizado como KDF (Kraft durch Freude, ou Força através da Alegria, umdos lemas do Partido Nacional-Socialista dos Trabalhadores Alemães).Figura 22: Protótipos do KDF wagen construídos onde se percebe as portas abrindo-se para trás. 25
  • 26. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Já havia protótipos prontos para testes em 1935/36. Como não havia uma fábrica, ainda,a pedido de Hitler a Daimler-Benz fabricou uma série de 30 exemplares em 1937,possibilitando a conclusão dos testes, conduzidos pela SS, a tropa de elite do governo. Em26 de maio de 1938 era aprovada a construção de uma fábrica, em Fallersleben. Segundo a história, na abertura do Salão de Berlim de 1938, Hitler e sua comitivachegaram ao estande da Opel e um diretor disse-lhe, mostrando um novo modelo daempresa: "Aqui está o seu carro do povo (volkswagen, em alemão), Herr Hitler". Hitler,irritado, respondeu: "Só existe um carro do povo, o carro KdF". Logo, quem criou o nomeVolkswagen foi a Opel. Figura 23: O Kommandeurwagen, veículo militar com base na plataforma do Sedan. Figura 24: O Kübelwagen, veículo militar. Figura 25: O Schwimmwagen, veículo militar anfíbio. 26
  • 27. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Com o desencadear da Segunda Guerra o governo alemão solicitou que FerdinandPorsche criasse um veículo militar robusto e leve, com base na plataforma do KdF. Foramapresentados os protótipos Typ 62 em 1938, os testes de campo foram imediatamenteiniciados. As principais vantagens, além da leveza, é que com um motor refrigerado a arpoderia operar no rigoroso inverno europeu ou nos desertos das colônias africanas. Aversão forma final, o Typ 82, surgiu em 1939. Com o decorrer dos anos de guerra, outrasmodificações ocorreram, como o aumento da cilindrada de 985 para 1.131 cm³. Resumindo-se a história do Volkswagen, apresenta-se uma cronologia de suaevolução: em 1932, Ferdinand Porsche, nascido no dia 3 de setembro de 1875 no ImpérioAustro-Húngaro, esboça o desenho do veículo; em 1934 Porsche cria o NSU, protótipo doVolkswagen que rodou até 1955, quando foi adquirido pelo Auto-Museum da Volkswagen,na Alemanha; em 1935 Porsche recebe 200 000 marcos do governo alemão para, no prazode dez meses, produzir três protótipos, que saíram com 16 meses de atraso, em 1936, dagaragem da casa de Porsche, batizados de Volksauto-série VW-3, que seriam testados por50.000 km; em 1937 Porsche, Daimler-Benz e Reuter & Co. produzem mais de 30protótipos, batizados de VW-30, e realizam 2 400 000 de km de testes. O governo alemão, jásob o comando de Adolf Hitler, cria uma empresa estatal e viabiliza a fabricação do carro. Ocapital inicial, de 50.000.000 de marcos, veio da Kdf (iniciais em alemão de Força daAlegria), um dos departamentos da Frente Trabalhista Alemã, o sindicato oficial. Porscheviaja para os Estados unidos para visitar as linhas de montagem de Detroit e se encontrarcom Henry Ford; em 1938, começa a ser construída em Fallersleben, na baixa Saxônica(região entre o rio Reno e o mar Báltico), a fábrica para a produção do carro e uma cidadepara 90 000 habitantes, destinada aos futuros operários e suas famílias. Depois, a cidaderecebeu o nome de Wolfsburg. Parte do dinheiro destinado às obras provinha de alemãesque, mesmo sem saber a data da entrega, queriam um Kdf-Wagen; em 1939, com o inícioda II Guerra Mundial, os Kdf-Wagen não chegam a ser fabricados e a nova fábrica estréiaproduzindo veículos militares, com destaque para Kommandeurwagen, um carro paraoficiais, com tração nas quatro rodas e um chassis mais elevado, e de que foramconstruídos 667 exemplares, o Kubelwagen, do qual foram produzidos 50.788 exemplares epara os Schwimmwagen (carro anfíbio), com produção de 14.283 veículos; em 1944 osaliados atacam e destroem a fábrica. 1946 - Começa a reconstrução da fábrica e a produção é limitada. 1947 - Ingleses, Soviéticos e Norte-americanos não se interessam pela fábrica. 1948 - Heinrich Nordhoff assume a presidência da fábrica e eleva a produção para 19.214 unidades/ano. 1949 - A produção cresce para 46.154 unidades e um acordo com a Chrysler permite a utilização da rede de revendas da marca norte-americana em todo o mundo. Foi o primeiro ano do Fusca nos Estados Unidos e apenas duas unidades foram vendidas. 1950 - O primeiro lote de Fuscas desembarca no Brasil, via porto de Santos. As 30 unidades que vieram foram rapidamente vendidas. 1951 - Morre Ferdinand Porsche. 1953 - Com peças da Alemanha, inclusive o motor de 1.200 centímetros cúbicos (cc), o carro começa a ser montado em um pequeno armazém alugado na Rua do Manifesto, no bairro do Ipiranga (zona sudeste de são Paulo). 27
  • 28. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin1954 - O carro Volks começa a consquitar os norte-americanos, que oapelidam de Beetle (besouro).1956 - A Volkswagen inicia a construçào de sua fábrica de 10.200 m² no km23,5 da via Anchieta (São Bernardo do Campo).1957 - A fábrica solta seu primeiro produto, a Kombi.1959 - O Fusca começa a ser produzido no dia 3 de janeiro, com um índice denacionalização de 54%. A primeira unidade é adquirida pelo empresáriopaulista Eduardo Andrea Matarazzo. No dia 18 de novembro, a fábrica éinaugurada oficialmente. A Volks brasileira fecha o ano com 8.406 unidadesvendidas.1962 - O Fusca torna-se líder de vendas no Brasil, com 31.014 veículosvendidos.1964 - A Volks lança o Fusca com teto solar, mas, apelidado de "Cornowagen",fica só alguns meses no mercado.1965 - A Volks lança a versão "Pé de Boi", cerca de 15% mais barata (nãopossuía nenhum item cromado).1967 - O carro troca o motor de 1.200 cc (36 CV) pelo 1.300 cc (46 CV) e, paraaumentar a visibilidade, ganha um vidro traseiro 20% maior e os limpadores dopára-brisa são melhor posicionados.1969 - Walt Disney lança o filme "Se Meu Fusca Falasse", no qual o carro,chamado de Herbie, nada, anda sobre duas rodas e até pensa.1970 - O carro ganha opção de motor 1.500 cc (52 CV), bitola traseira 62 mmmais larga, eixo traseiro com barra compensadora, capô do motor comaberturas para ventilação, novas lanternas traseiras e passa a incorporar cintosde segurança dianteiros. Nesse ano, um incêndio destrói o setor de pintura dafábrica e o primeiro Fusca brasileiro é exportado para a Bolívia.1972 - A Volkswagen do Brasil atinge a produção de 1 milhão de Fuscas.1974 - O motor 1.600 cc (65 CV) passa a ser opção para o Fusca. As vendasdo carro batem recordes, com 237.323 unidades no ano, número que nuncaseria superado.1978 - A Volkswagen alemã deixa de produzir o Fusca.1979 - O Fusca ganha motor movido a álcool e as lanternas traseiras crescem,sendo apelidadas de "Fafá".1986 - O Fusca ganha bancos reclináveis com apoio de cabeça e janelaslaterais traseiras basculantes. No final do ano, no entanto, por razõesmercadológicas (as vendas decresciam anualmente desde 1980 devido àchegada de carros mais modernos), a Volks tira o carro de linha.1987 - Com o fim do Fusca, o Opala é adotado pela Polícia Militar de SãoPaulo. 28
  • 29. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 1993 - Setembro: oito meses após o pedido do então presidente Itamar Franco ao então presidente da Volkswagen Pierre-Alain De Smedt e com investimentos de US$ 30 milhões, a Volkswagem retoma a produção do Fusca. Entre as novidades do modelo, destacam-se vidros laminados, catalisador, barras estabilizadoras na dianteira e na traseira, pneus radiais, freios dianteiros a disco, reforços estruturais e cintos de segurança de três pontos. Pesquisa Datafolha aponta o Fusca como a marca mais lembrada. Por outro lado, as vendas ficam abaixo das expectativas e o preço do carro cai cerca de US$1.000. 1996 - Em junho, o Fusca novamente deixa de ser produzido. O México passa a ser o único país a produzir o carro. Em novembro é instituído oficialmente o dia do Fusca (20 de janeiro). 1998 - No dia 14 de fevereiro, a fábrica de Puebla, no México, começa a produzir o novo Fusca em grande escala. O carro vira mania nos Estados Unidos. Em maio, a Volks promove um "recall" para trocar a fiação próxima à bateria devido à possibilidade de incêndio. Apresenta-se, agora, uma breve história de outro ícone do desenvolvimentoautomotivo no mundo. A história do Jeep. Se existir algum benefício em uma guerra este é aevolução tecnológica em equipamentos e veículos. O Jeep surgiu como veículoespecificamente para uso militar. Após a Primeira Guerra Mundial – a guerra de trincheiras – que foi extremamentepenosa para todos, militares e civis, o exército americano buscou alternativas para prover demobilidade suas tropas. Adaptações de veículos civis sempre foram a alternativaencontrada. Versões do Ford T militarizado, do caminhão Marmon 4x4, entre outras foramavaliadas. Alguns militares estavam preparando especificações para um veículo específicopara uso em combate - Quarter Ton 4x4 - e, em 1940, lançaram uma concorrência paraidentificar um potencial fabricante para este veículo. Participaram da concorrência 135empresas americanas, tendo sido produzidos 70 veículos. Apenas a Bantan MotorCompany, a Willys Overland e a Ford Motor Company apresentaram veículos compatíveiscom as perspectivas do exército americano. As especificações estabeleciam distância entre eixos de 80”, tração nas quatro rodas,perfil baixo – capota de lona com pára-brisas rebatível -, fácil manobrabilidade, peso máximode 500 kg (que nunca foi atendido), entre outros itens. Cada participante deveria apresentarpara testes 10 protótipos dentro de um prazo de 45 dias. A Bantan tinha o melhor conjunto; aWillys o melhor motor – um Go-Devil 2.2 4 cilindros de 60 HP -, e a Ford a maior capacidadeprodutiva. Após as avaliações o exército americano condensou as características dos trêsproponentes em uma especificação final que, resumidamente, era o projeto Bantam com omotor Willys e a grade dianteira Ford.Durante os anos de 1940 e 41 muitas versões foram produzidas pelas três empresas. Cabecitar: Bantan: apresentou o modelo GPV em 23 de setembro de 1940. Em 1941 foramproduzidas 2675 unidades da versão Bantam 40 BRC, com motor Continental de 45 HP ecâmbio de 3 velocidades Warner T84. 29
  • 30. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 26: Bantam 40 BRCWillys: apresentou o Quad, em 11 de novembro de 1940. A versão melhorada da Willys foi oWillys MA, com motor "Go Devil" de 60 HP e câmbio de 3 velocidades. Figura 27: Willys MAFord: apresentou o Pigmy, em 23 de novembro de 1940. A Ford apresentou 3550 unidadesda versão GP com motor Owen Fergusson Dearborn de 45 HP e câmbio de 3 velocidades. Figura 28: Ford Pigmy Em julho de 1941 foi estabelecida a configuração final do veículo, resultandobasicamente no modelo Willys modificado, denominado de MA. Este modelo foi produzidocomo pré-série até ser melhorado para o modelo MB, que foi produzido em grande escala.Em função da demanda, a Ford produziu o mesmo veículo, partindo do chassi Willys. Oveículo Ford era denominado GPW – General Purpose Willys –, ou seja, veículo modeloWillys produzido pela Ford. 30
  • 31. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 29: Willys MB Com o encerramento dos combates, e percebendo que os agricultores dos paísesonde houve conflito estavam utilizando os Jeeps abandonados após a guerra como tratores,a Willys continuou a produção do Jeep em uma versão civil. Esta versão era derivada daversão militar, removendo-se os equipamentos padrão militares (lanternas, suporte parafuzil, interruptor de partida sem chave, etc.) e inserindo preparação para receberimplementos agrícolas (arado, polia, lâmina para subsolador, lâmina para terraplanagem,broca para perfuração, etc.). A primeira versão de 1944 foi denominada de CJ-1 (ou modeloCJ-1 – de Civilian Jeep Modelo 1). Era basicamente um MB desmilitarizado. Não se sabequantos foram produzidos, porém nenhum sobreviveu até hoje. Modificações levaram a umaversão especificamente civil, denominada de AgriJeep ou CJ-2, que ficou restrita a umapequena pré-série. Somente os CJ-2 números 09, 11, 12, 32, 37 e 39 sobreviveram.Apresentavam alavanca de câmbio na coluna (caixa de câmbio Spicer T90, mais robustaque a do CJ-1) e pneu sobressalente atrás do pára-lama dianteiro direito. Logo em seguidasurgiu a versão CJ-2A, retratando o Jeep mais conhecido por todos. Foram produzidas214760 unidades entre 1945 e 1949. Figura 30: CJ-2A Como evolução natural do modelo, surgiu a versão CJ-3A. Era basicamente o mesmoveículo (mesmo trem motriz) apenas com algumas modificações na carroceria – 81” dedistância entre eixos e pára-brisas inteiriço. Foram produzidas 131843 unidades entre 1949e 1953. O motor era o mesmo do CJ-2A, um Go-Devil L134, eixo dianteiro Dana 25 etraseiro Dana 44. 31
  • 32. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 31: CJ-3A Continuando a evolução, o motor com válvulas no bloco foi substituído pelo motor F134Hurricane, com válvulas de admissão no cabeçote. Como este motor era mais alto, o capôteve de ser aumentado em altura, surgindo assim o modelo CJ-3B ou “Cara de Cavalo”.Foram produzidas mais de 30000 unidades entre 1953 e 1954. Foram produzidas mais de190000 unidades em versões militares entre 1953 e 1967. Figura 32: CJ-3B A versão civil do CJ-3B apresentou vida curta em função do lançamento da versãoCJ-4 (como pré-série) seguida da versão CJ-5. O modelo CJ-5 apresentava a mesmamecânica do CJ-3B, sendo modernizada ao longo dos anos. Esta foi a versão produzida noBrasil, que iniciou a produção em 1958 com motor 2.6 6 cilindros, BF 161, derivado do F134. Figura 33: Jeep modelo CJ-5. 32
  • 33. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Versões alongada (101”) denominada CJ-6 e pick-up (CJ-8) foram também produzidas.Novo desenho de carroceria levou à versão CJ-7 curto e CJ-10 longo. Figura 34: CJ-7 A primeira parte da década de 40, para a indústria automobilística, foi relativamenteestagnada em função da segunda grande guerra. Como os principais países produtores deveículos se viram envolvidos pela guerra, praticamente toda a indústria mundial deautomóveis foi afetada. A capacidade produtiva foi voltada para os veículos com finalidademilitar. Idéias do início da década, como produção de uma carroceria em fibra plástica, porHenry Ford em 1941, foram adiadas. Ford imaginada a produção de escala de carroceriasem material plástico, um polímero do óleo de soja. Já havia previsto a necessidade de seplantar grandes área com soja para a produção de óleo para ser processado e transformar-se em carrocerias de veículos. Após a guerra, retomou a idéia, porém de forma mais viável:construiu uma carroceria em fibra de vidro, em 1946. O mercado americano voltava a absorver idéias que privilegiassem o conforto Nestesentido a Buick lança um veículo equipado com conversor de torque. O conversor de torquesubstitui a embreagem de fricção tradicional, sendo adequado para a aplicação detransmissão automática. As transmissões até então ainda não empregavam o conversor detorque. Usavam uma embreagem hidráulica, que permitia o funcionamento automático datransmissão, mas não possibilitava a transição suave de uma velocidade para outra emacelerações progressivas. Na mesma linha, a Chrysler oferece a direção hidráulica, em1950. Os sistemas de direção eram todos através de engrenamentos acionadosexclusivamente pela força muscular do motorista. A direção hidráulica, nos mesmos moldesdas versões atuais, é a adição de uma fonte de força hidráulica em paralelo como sistemamanual. Ou seja, ao girar o volante de direção o motorista aciona, também, uma válvula quedireciona fluido hidráulico sobre pressão para um atuador hidráulico (cilindro) que aciona omecanismo da direção, em conjunto com a força exercida pelo motorista. Atualmenteexistem variantes do sistema na versão elétrica. Nesta configuração um motor elétrico operaem paralelo com a ação do motorista, movimentando as rodas do veículo. No mesmo período, em 1950, a B.F. GOODRICH cria o pneu “Tubeless”, u semcâmara. Os pneus até então eram construídos com uma estrutura toroidal, no interior daqual se inseria uma câmara de borracha, estanque, que era insuflada com ar, de foram amanter a estrutura do pneu sob carga. A configuração “tubless” simplificou o sistema, 33
  • 34. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippineliminando a câmara, porém exigindo bicos e aros com configuração específica para provera vedação contra o pneu. O modelo com câmara é dito “tube type”. Na França, em 1953, a MICHELIN apresenta o pneu radial. A principal diferença entreum pneu diagonal e um radial está em sua carcaça: o pneu diagonal (convencional) possuiuma carcaça constituída de lonas têxteis cruzadas umas em relação às outras; a carcaça dopneu radial, por sua vez, constitui-se de uma ou mais lonas com cordonéis em paralelo e nosentido radial. As cintas de aço sob a banda de rodagem possibilitam a estabilidade dessaestrutura. O pneu radial tem por vantagens: maior durabilidade; melhor aderência; maioreficiência nas freadas e acelerações e economia de combustível. Figura 35: Pneu diagonal. O pneu é chamado diagonal ou convencional quando a carcaça é composta de lonassobrepostas e cruzadas umas em relação às outras. Os cordonéis que compõem essaslonas são de fibras têxteis. Neste tipo de construção, os flancos são solidários à banda derodagem. Quando o pneu roda, cada flexão dos flancos é transmitida à banda de rodagem,conformando-a ao solo. Figura 36: Pneu radial. No pneu radial, os fios da carcaça estão dispostos em arcos perpendiculares ao plano derodagem e orientados em direção ao centro do pneu. A estabilidade no piso é obtida atravésde uma cinta composta de lonas sobrepostas. Por ser uma carcaça única, não existe fricçãoentre lonas - apenas flexão -, o que e evita a elevação da temperatura interna do pneu. A estrutura de um pneu pode ser descrita como segue: 34
  • 35. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 37: Estrutura de um pneu. Carcaça, que é a parte resistente do pneu; deve resistir à pressão, peso e choques.Compõe-se de lonas de poliéster, nylon ou aço. A carcaça retém o ar sob pressão quesuporta o peso total do veículo. Os pneus radiais possuem ainda as cintas quecomplementam sua resistência. Talões, que se constituem internamente de arames de aço de grande resistência, tendopor finalidade manter o pneu fixado ao aro da roda. Parede lateral, que são as laterais da carcaça. São revestidos por uma mistura deborracha com alto grau de flexibilidade e alta resistência à fadiga. Cintas (lonas), compreendendo o feixe de cintas (lonas estabilizadoras) que sãodimensionadas para suportar cargas em movimento. Sua função é garantir a área de contatonecessária entre o pneu e o solo. 35
  • 36. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Banda de rodagem, que é a parte do pneu que fica em contato direto com o solo. Seusdesenhos possuem partes cheias chamadas de biscoitos ou blocos e partes vaziasconhecidas como sulcos, e devem oferecer aderência, tração, estabilidade e segurança aoveículo. Ombro, que é o apoio do pneu nas curvas e manobras. Nervura central, que proporciona um contato "circunferencial" do pneu com o solo. Os aspectos dinâmicos e estruturais podem ser percebidos nas figuras seguintes. Figura 38: Pneu diagonal sem carga e área de contato com o piso. Figura 39: Pneu diagonal com carga e área de contato com o piso. Figura 40: Comportamento em curva do pneu diagonal. Figura 41: Pneu radial sem carga e área de contato com o piso. 36
  • 37. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 42: Pneu radial com carga e área de contato com o piso Figura 43: Comportamento em curva do pneu radial. O projeto de automóvel estava consagrado na década de 1950. Havia umaconfiguração padrão e praticamente todos os grandes fabricantes a adotavam. Estaconfiguração padrão era a tração traseira com motor dianteiro longitudinal. Algunsfabricantes ofereciam configurações diferentes: motor traseiro com tração traseira como nalinha Volkswagen; motor dianteiro com tração dianteira na linha DKW. O período era propício para o surgimento de sistemas diferentes e revolucionários.Foi em 1959 que a Morris lança o Mini, com tração dianteira e motor dianteiro transversal.Esta é, hoje, a configuração padrão para veículos compactos, pequenos, médios e algunsgrandes. Apresenta uma série de vantagens que tornou esta configuração usual.1.1 História dos Logotipos de Fabricantes de Automóveis Os emblemas dos fabricantes de automóveis são mais do que simples símbolos deidentificação das marcas. A maioria deles traz embutidos diversos aspectos da história damarca. Os logotipos acompanham o surgimento das primeiras fábricas de automóveis.Como escuderias, agremiações esportivas e outras associações, os primeiros fabricantes deautomóveis não dispensavam um símbolo de identificação do modelo, seguindo umatradição surgida na Idade Média, como os brasões nobiliárquicos. • Alfa Romeo – O fabricante de automóveis italiano traz suas origens da França. O aristocrata Cavaliere Ugo Stella colaborou com o fabricante francês Darracq inserindo-o no mercado italiano. Quando a Darracq faliu, Stella levou-a para Milão em 1910 e renomeou-a A.L.F.A (Anonima Lombarda Fabbrica Automobili). O símbolo foi criado por Romano Cattaneo é composto pela bandeira com a cruz vermelha (brasão da cidade de Milão) e pela serpente devorando um homem (brasão da família real milanesa Visconti – “inimigos dos Vinconti que a serpente está sempre pronta a destruir”). Dois símbolos da dinastia de Savoia separavam as palavras ALFA e MILANO. Em 1916 Nicola Romeo adquiriu a empresa e passou a produzir munição e equipamentos bélicos para a 1ª Guerra Mundial. Após a guerra, voltou a produzir automóveis, agora denominados Alfa Romeo. 37
  • 38. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 44: Logotipo Alfa Romeo.• Aston Martin - Aston Martin Lagonda Limited é uma empresa automobilística inglesa com sede em Gaydon, Warwickshire, Inglaterra. Inicialmente, em 1913, Lionel Martin e Robert Bamford fundaram a Martin & Bamford Limited e produziram automóveis de corrida Singer. O seu nome é inspirado na prova de subida de montanha de Aston Clinton, vencida por um Singer, e no nome do seu fundador, Lionel Martin. Figura 45: Logotipo Aston Martin.• Audi – O engenheiro alemão August Horch fundou sua fábrica de automóveis em 1899, a A. Horch & Cie. Após deixar a empresa, iniciou outra fábrica, com o mesmo nome. Foi obrigado a substituir o nome, que continuava com os antigos sócios. Durante uma reunião na casa de seu sócio, Franz Fikentscher, discutindo sobre o novo no me a ser adotado, o filho de Franz, que estava estudando latim, sugeriu o nome Audi. Como Horch em alemão significa o mesmo que Hark – ouvir – a idéia era empregar Audi, que significa ouvir em latim. A Audiwerke GmbH foi fundada em 1910. Em 1932 quatro marcas alemãs se uniram para formar a Auto Union. São elas: Horch, Audi, Wanderer e DKW. No dia 1º de janeiro de 1985, a Auto Union passou a se chamar Audi AG, com 38
  • 39. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin sede empresarial em Nekarsulm, na Alemanha. As quatro argolas entrelaçadas representam as marcas originais. Figura 46: Logotipo Audi.• BMW - Representa uma hélice de avião, nas cores azul e preta, da bandeira da Bavária. Foi criada depois que Karl Friedrich Rapp e Gustav Otto conseguiram 39
  • 40. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin permissão do governo alemão para produzir motores de avião, em 1913. O primeiro carro a ter o símbolo da marca alemã foi o modelo Dixi 3/15, de 1928. BMW é a abreviatura de "Fábrica de Motores da Bavária" (Bayerische Motoren Werk). Figura 47: Logotipo BMW.• Buick - A Buick Motor Company foi fundada em 1903 por David Dunbar Buick, um inventor escocês-americano que inventou o motor com válvulas no cabeçote. Aos 15 anos de idade, Buick saiu da escola para trabalhar por um fabricante de suportes de tubulações. Quando as empresas que fracassou, Buick e um sócio adquiriram-na. Mas dentro de alguns anos, Buick tinha diferenças com o seu sócio porque ele preferia trabalhar com motores de carro. Buick vendeu sua participação na empresa e com o dinheiro fundou o Buick Motor Company. Ele foi expulso da empresa, por seu parceiro William "Billy" Durant em 1906 e mais tarde vendeu suas ações por meros US$ 100.000. Na seqüência, Durant fundou a General Motors Comporation. Os primeiros logotipos da Buick eram variações cursivas palavra "Buick". Em 1930, um pesquisador de estilos da General Motors, Ralph Pew, encontrou um brasão do escocês da família "Buik" e decidiu usá-lo como decoração da grelha do radiador. Em 1960, o logotipo incorporava três desses escudos, para representar os três modelos Buick então construídos: LeSabre, Invicta, e Electra. Em 1975, o logotipo foi alterado para um falcão chamado "Happy", com o lançamento de sua linha Skyhawk. No entanto, no final dos anos 1980, como o carro foi descontinuado, o logotipo voltou para o os três escudos. 40
  • 41. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 48: Logotipo Buick. 41
  • 42. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin• Quando Henry Ford deixou a sua segunda empresa automobilística, Henry Ford Company, os seus financiadores tentaram liquidar os ativos da empresa. Um engenheiro chamado Henry M. Leland persuadiu-os a continuar com a empresa em seu lugar. Assim nasceu Cadillac. O primeiro logotipo da Cadillac foi baseado em um brasão de uma família da aristocracia menor: Antoine de La MOTHE, senhor feudal de Cadillac (Sir do Cadillac). Em 1701, de La MOTHÉ fundou Fort Pontchartrain, que viria a se tornar Detroit. A empresa Cadillac foi chamada depois de LA MOTHE em 1902, na seqüência de uma comemoração do bicentenário da fundação da cidade. O problema foi que de La MOTHÉ nunca foi da nobreza. Nascido Antoine Laumet, DE LA MOTHE deixou a França indo para a América em circunstâncias misteriosas (alguns dizem que ele cometeu um crime ou não foi capaz de pagar sua dívida). No Novo Mundo, ele assumiu uma nova identidade, dita como nobre. Em 1998 a Cadillac adotou uma nova filosofia de design denominada arte e ciência e seu logotipo foi redesenhado. Saíramos seis pássaros, a coroa. A estrutura do brasão foi redesenhada. O logotipo foi lançado em 2002. Figura 49: Logotipo Cadillac.• Chevrolet - Diz a lenda que o logotipo em forma de gravata borboleta foi baseado na ilustração do papel de parede de um hotel em Paris onde um dos 42
  • 43. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin fundadores da marca, William Durant, teria se hospedado, em 1908. Durant guardou a amostra na carteira para usá-la como símbolo da marca de automóvel que fundou em parceria com o piloto Louis Chevrolet. Figura 50: Logotipo Chevrolet.• Chrysler - A antiga estrela de cinco pontas, formada a partir de um pentágono com cinco triângulos, representa a precisão da engenharia. O logo atual é um escudo com asas, que já havia sido foi adotado entre as décadas de 30 e 50. Figura 51: Logotipo Chrysler.• Citroën - Os dois "V" invertidos, conhecidos na França como "Deux Chevron", simbolizam a engrenagem bi-helicoidal criada pelo engenheiro Andre Citroën, fundador da marca francesa. Figura 52: Logotipo Citroën.• Dodge - O búfalo simboliza a cidade de Dodge, localizada no estado de Kansas (EUA), no oeste norte-americano. Figura 53: Logotipo Dodge.• Ferrari - O famoso símbolo da Ferrari é um cavalo negro empinado em um fundo amarelo, sempre com as letras S F de Scuderia Ferrari. O cavalo era originalmente o símbolo do Conde Francesco Baracca, um lendário "asso" (ás) da força aérea italiana durante a I Guerra Mundial, que o pintou na lateral de seus aviões. Baracca queria o cavalo empinado em seus aviões porque o seu esquadrão, os "Battaglione Aviatori", foi inscrito num regimento da Cavalaria (forças aéreas estavam nos seus primeiros anos e não tinham administração separada), e também porque ele mesmo tinha a reputação de melhor cavaliere (cavaleiro) de sua equipe. Em 17 de Junho de 1923, Enzo Ferrari ganhou uma corrida no circuito de Savio em Ravenna e lá ele conheceu a Condessa Paolina, mãe de Baracca. A Condessa pediu que ele usasse o cavalo em seus carros, sugerindo que isso lhe daria boa sorte, mas a primeira corrida na qual a Alfa permitiu o uso do cavalo nos carros da Scuderia foi onze anos depois, nas 24 Horas de Spa em 1932. Ferrari ganhou. Ferrari continuou a utilizar o cavalo 43
  • 44. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin negro, contudo adicionou um fundo amarelo porque era a cor símbolo de sua terra natal, Modena. O cavalo empinado não foi sempre identificado como marca apenas da Ferrari: Fabio Taglioni o usou também nas suas motocicletas Ducati. O pai de Tagliani foi de fato um companheiro de Baracca e lutou com ele no 91º Esquadrão Aéreo, mas ao passo que a fama da Ferrari cresceu, Ducati abandonou o cavalo; esse pode ter sido o resultado de um acordo privativo entre as duas marcas. O cavalo negro empinado sobre fundo amarelo (“il cavallino Nero rampante in fondo gialo”) é hoje uma marca registrada da Ferrari. Figura 54: Logotipo Ferrari.• Fiat - O nome FIAT é um acrônimo de Fabbrica Italiana Automobili Torino (Fábrica Italiana de Automóveis de Turim), fundada por Giovanni Agnelli, em 11 de Julho de 1899. O logotipo da marca sofreu bastantes evoluções no decorrer dos anos. O primeiro logotipo da Fiat foi criado pelo pintor turinense Giovanni Carpanetto, a partir de um anúncio publicitário. Era o desenho de um pergaminho feito em latão. Em estilo rococó, que traduzia os gostos da época e a forma dos primeiros carros, muito semelhantes às carruagens. Trazia por extenso a razão social da empresa: Fabbrica Italiana di Automobili Torino e o número do chassi do veículo. A sigla não era o nome oficial da empresa, mas apenas a marca reservada ao produto. Atualmente, o 15º logotipo é uma variante em estilo mais moderno do emblema usado pela companhia nos anos 20 (4º logotipo). Desenhado pelo Centro de Estilo Fiat, vem com a moldura e inscrição prateadas, com caracteres de corpo mais largo do que os símbolos históricos, sobre um fundo azul ponteado opaco e 72 milímetros de diâmetro. Os famosos quatro losangos inclinados 18 graus permanecem na parte posterior dos modelos como assinatura inconfundível da empresa. O objetivo em relançar o logotipo é justamente associar as glórias daquele período, quando suas máquinas eram imbatíveis no automobilismo de competição, com a solidez e a modernidade do presente. 44
  • 45. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 55: Logotipo FIAT.• Ford - Em 1909, Childe Harold Wills, engenheiro chefe e designer da Ford, que também ajudou a projetar o Modelo T, emprestou a fonte cursiva que ele criou para fazer seu próprio cartão de visita, para criar o logotipo Ford. O famoso oval azul foi adicionado mais tarde para o Modelo A de 1927 - permanecendo em uso até hoje. Figura 56: Logotipo Ford. 45
  • 46. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin• Gurgel – O logotipo refere-se ao sobrenome de João Augusto Amaral Gurgel, da extinta fabricante de automóveis brasileira. A Gurgel, mais importante indústria nacional de automóveis, foi fundada em 1° de setembro de 1969 na cidade de Rio Claro, interior paulista, formada com capital de somente 50 mil dólares, pelo engenheiro mecânico e eletricista João Augusto Conrado do Amaral Gurgel, que sempre sonhou com um carro genuinamente brasileiro. O primeiro modelo foi um bugue com linhas muito modernas, com chassi, motor e suspensão Volkswagen. Chamava-se Ipanema. Com apenas seis funcionários, produzia apenas quatro unidades por mês. Gurgel sempre batizou seus carros com nomes bem brasileiros e homenageava nossas tribos de índios. Em 1973 chegava o Xavante, que daria início ao sucesso da marca. Seria seu principal produto durante toda a evolução e existência da fábrica. De início com a sigla X10, não era mais um bugue, mas um jipe. Sobre o capô dianteiro era notável a presença do estepe. Na primeira reestilização, em 1975, as linhas da carroceria ficaram mais retas. A Gurgel foi o primeiro exportador na categoria carros especiais em 1977 e 1978 e o segundo em produção e faturamento nestes dois anos -- 25% da produção seguiam para fora do Brasil. Eram fabricados 10 carros por dia, sendo o X12 o principal produto da linha de montagem. Em 1980 a linha era composta de 10 modelos. Todos podiam ser fornecidos com motores a gasolina ou álcool. Faziam parte da linha o X12 TR com teto rígido, o jipe comum com capota de lona (que era a versão mais barata do X12), o simpático Caribe, a versão Bombeiro, o X12 RM (teto rígido e meia capota) e a versão X12 M, militar. Este, exclusivo para as Forças Armadas, já vinha na cor-padrão do Exército, com emblemas nas portas e acessórios específicos. Numa outra faixa de preço havia o monovolume X15 TR (lançado em 1979) de quatro portas, a picape cabine-dupla CD, a versão cabine-simples (CS), a cabine-simples com capota de lona e o bombeiro. No ano de 1984, a Gurgel lançava o jipe Carajás. As versões eram TL (teto de lona), TR (teto rígido) e MM (militar). Versões especiais ambulância e furgão também existiram. Além dos utilitários, Gurgel sonhava com um minicarro econômico, barato e 100% brasileiro para os centros urbanos. Em 1985 a GURGEL apresentou à FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos a idéia do CENA, ou Carro Econômico Nacional. A empresa recebeu um financiamento do Ministério da Ciência e Tecnologia, através da FINEP, para o desenvolvimento e fabricação de protótipos e da cabeça de série para duas mil unidades/ano. E em 1987, após completar seu desenvolvimento, o novo carrinho urbano, denominado BR-800 (BR de Brasil e 800 representando o volume de deslocamento em seu motor de dois cilindros horizontais contrapostos) foi apresentado ao público oficialmente no desfile de 7 de setembro em Brasília. A empresa então se preparava para lançar em escala industrial o primeiro carro popular e econômico de quatro lugares totalmente desenvolvido no Brasil. Dezembro de 1989 marcou a entrega da milésima unidade do urbano BR-800, que inicialmente, de acordo com a estratégia da empresa, foi vendido apenas para os acionistas, que passaram a fornecer suas opiniões e sugestões. Com isso, a GURGEL criou a maior frota de testes do mundo, com mais de 5.000 veículos rodando nas mãos de seus sócios. Apesar de beneficiado por uma redução de impostos, cuja classificação de veículos enquadráveis praticamente o descrevia, o BR-800 não fez sucesso por muito tempo. No início dos anos 90 a empresa já não ia tão bem; começava a ir atrás 46
  • 47. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin de empréstimos altíssimos para tocar novos investimentos para projetos. Em 1990, o surgimento do Uno Mille, seguido por outros modelos de um litro, bem maiores e mais rápidos que o pequeno Gurgel, criou incômoda concorrência, pois custavam quase o mesmo. Uma evolução, o Supermíni, veio em 1992. Tinha um estilo muito próprio e moderno. Media 3,19 m de comprimento, sendo ainda o menor carro fabricado aqui. Atolada em dívidas e combalida no mercado pela concorrência das multinacionais, a Gurgel pediu concordata em junho de 1993 e acabou fechando as portas no final de 1994. A marca ficou conhecida pelo slogan "Utilitários de Raça". Figura 57: Logotipo Gurgel.• Honda - O logótipo da marca nipônica fabricante de automóveis e de navios consiste no "H" alusivo à sua denominação. No entanto, este "H" encontra-se relativamente inclinado para a direita, simbolizando um caminho para o futuro. Figura 58: Logotipo Honda.• Jeep - Marca norte-americana cuja origem vem da pronúncia, em inglês, da sigla G.P. (General Purpose), utilizada para identificar os modelos destinados a vários tipos de uso. Figura 59: Logotipo Jeep.• Lamborghini - O touro que aparece no símbolo dos esportivos italianos é uma homenagem do fundador da marca, Ferruccio Lamborghini, às lutas de touro, pelas quais era fanático. Tanto que os carros da marca (Diablo e Murciélago) têm nomes de touros famosos. Figura 60: Logotipo Lamborghini. 47
  • 48. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin• Lotus - O nome da marca é alusivo à flor de lotus e as inicias ACBC presentes no logotipo significam Anthony Colin Bruce Chapman, nome do fundador da marca, homem que revolucionou a F1. Figura 61: Logotipo Lotus.• Maserati - O logotipo da marca italiana representa o tridente de Netuno, símbolo da cidade de Bolonha. A fábrica foi fundada em 1919 pelos irmãos Carlo, Bindo, Alfieri, Ettore e Ernesto Maserati. Figura 62: Logotipo Maserati.• Mazda – A Mazda iniciou em 1920 como a Toyo Cork Kogyo Co. em Hiroshima, Japão. Na época, havia uma escassez cortiça devido à I Guerra Mundial. Portanto, a empresa foi fundada para processar um substituto para a cortiça feita a partir da casca de Abemaki ou sobreiro chinês. Foi uma boa idéia na época, mas pouco tempo depois do Japão poderia obter novamente cortiça e a empresa fracassou. Em 1927 juntou-se à empresa Jujiro Matsuda e a empresa começou a fabricar ferramentas, caminhões de três eixos e depois carros. Após a II Guerra Mundial, a empresa adotou formalmente o nome Mazda, que pode ser o deus Zoroastra Ahura Mazda ou a pronúncia anglicizada para Matsuda o nome do fundador. Em 1936 o logotipo, o M em forma curva, foi inspirado no emblema da cidade de Hiroshima. Os logotipos de 1991 e 1992 simbolizavam uma asa, o sol e um círculo de luz. O logotipo atual da Mazda, apelidado de "coruja", foi concebido por Rei Yoshimara em 1997. O "M" estilizado foi criado para ser semelhante a asas esticadas, mas muitas pessoas viram uma tulipa estilizada. 48
  • 49. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 63: Logotipo Mazda.• Mercedes-Benz - Mercedes-Benz foi formada pela fusão de duas fábricas de automóveis: a DMG (Daimler-Motored-Gesellschaft) fundada por Gottlieb Daimler e a Benz & Cie, fundada por Karl Benz. Ambas as companhias eram similares e situavam-se a 90 km de distância. Em 1902 o logotipo da Mercedes era apenas o nome da empresa. Foi substituído pela estrela de três pontas em 1909. A estrela de três pontas representa a fabricação de motores para uso na terra, água e mar. Surgiu depois que Gottlieb Daimler enviou cartão postal para sua mulher, dizendo que a estrela impressa no cartão iria brilhar sobre sua obra. Em 1926 os logotipos da Daimler (Mercedes) e da Benz se fundiram em um só. 1902 1909 1909 1916 1926 Atual Figura 64: Logotipo Mercedes-Benz.• Mitsubishi – No Japão feudal de 1854 um homem chamado Yataro Iwasaki, filho de um agricultor provincial cujo avô vendeu o status de samurai da família para liquidar algumas dívidas, começou sua carreira com o pé errado: ele foi chamado em casa aos 19 anos quando seu pai foi ferido em uma disputa com o líder da aldeia. Iwasaki pediu a um magistrado local para ouvir o seu caso e, quando recusado, acusou o homem de corrupção. Iwasaki foi imediatamente 49
  • 50. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin preso por sete meses. Já em 1868, Iwasaki estava trabalhando para o clã Tosa quando a Restauração Meiji aboliu o sistema de clãs feudais do Japão. Iwasaki adquiriu a Tsukumo Shokai, a empresa de atividade marítima do clã Tosa, e renomeou-a de Mitsubishi, em 1873. Já na quarta geração Iwasaki, um homem chamado Kayota Iwasaki, transformou em um gigante o grupo empresarial Mitsubishi, que incluiu uma empresa automotiva, a Mitsubishi Motors. O nome Mitsubishi é uma combinação das palavras "Mitsu" (três) e "hishi" (água castanha, utilizada no Japão para significar um losango ou um forma de diamante). A tradução oficial do nome é "três diamantes". O logotipo da Mitsubishi foi uma combinação do brasão da família Iwasaki, três diamantes empilhados, e o brasão de três folhas crista do Clã Tosa. Figura 65: Logotipo Mitsubishi.• Nissan - A palavra Nissan significa "Indústria japonesa", sendo o nome da marca alusivo país fabricante de origem. Durante muito tempo, a palavra Nissan encontrou-se sobre um fundo azul, cor de sucesso na cultura japonesa e um círculo vermelho como fundo, que representa luz, sinceridade. O objetivo da marca era remeter para "sinceridade leva ao sucesso". Com a reestruturação da marca o seu logótipo foi alterado, mantendo-se o nome da marca no centro de um círculo, que simboliza universalidade. Figura 66: Logotipo Nissan.• Opel - O símbolo da Opel evolui ao longo dos tempos, o seu logotipo inicial era alusivo a duas máquinas de costura, uma vez que a primeira área de negócio da marca foi precisamente produção de máquinas de costura. Quando passou a fabricar bicicletas adotou um outro logotipo, e quando se iniciou no setor automóvel optou por criar o logotipo que hoje conhecemos, embora não com um design tão atual. O logo consiste num relâmpago no centro de um círculo, combinado a estabilidade e plenitude do círculo com a imprevisibilidade do relâmpago. 50
  • 51. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 67: Logotipo Opel.• Peugeot - A Peugeot tem o seu início em 1812 em Montbeliard, França, quando dois irmãos, Jean-Pierre e Jean-Frédéric Peugeot converteram seu moinho em uma siderúrgica. Seus primeiros produtos foram laminados de aço para lâminas de serra e molas de relógios, bem como barras cilíndricas de aço laminado. Durante décadas, os negócios da família Peugeot consistiam na produção de bens de metal, máquinas-ferramenta, vestidos de crinolina, guarda-chuvas, rodas arame, ferros de passar roupa, máquinas de costura, artefatos para cozinha e, por volta de 1885, bicicletas. Com efeito, a entrada da Peugeot no negócio de automóveis foi por meio de bicicletas. Na época, a empresa foi uma das maiores fabricantes de bicicletas na França. Em 1889, Armand Peugeot criou o primeiro carro movido a vapor da empresa. Um ano depois, abandonou a vapor em favor do motor de combustão interna após reunião com Gottlieb Daimler. O "leão" do logotipo da Peugeot foi desenhado pelo joalheiro e gravador Justin Blazer em 1847. Ela baseou-se na bandeira da Région Franche- Comté. O logotipo foi estampado com artefatos de cozinha da Peugeot para demontrar a qualidade dos seus produtos siderúrgicos. Armand Demorou 14 anos para convencer sua família que os automóveis poderiam ser um bom negócio. Só então eles lhe permitiram usar o logotipo com o leão da Peugeot. Hoje a Peugeot pertencente ao Grupo PSA Peugeot Citröen. O logotipo da Peugeot evoluiu a partir da imagem do leão, agregando elementos para garantir maior impacto visual, solidez e flexibilidade de aplicação. O logotipo já sofreu sete modificações. 51
  • 52. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 68: Logotipo Peugeot.• Porsche - São dois brasões sobrepostos - o da região de Baden-Württemberg e o da cidade de Stutgartt (o cavalo empinado), sede da marca alemã. A marca adotou o símbolo a partir de 1949. Figura 69: Logotipo Porsche.• Quadrifoglio - O trevo de quatro folhas dos esportivos da Alfa Romeo é o amuleto usado pelo piloto Ugo Sivocci, considerado herói da marca depois de ter morrido em um acidente, em 1923, no circuito de Monza (Itália). A partir daquele ano, todos os carros de corrida passaram a ter esse logotipo na carroceria. 52
  • 53. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 70: Logotipo Quadrifoglio.• Renault - Louis Renault tinha 21 quando fez o seu primeiro carro no quintal da casa de sua mãe. Ele logo recebeu encomendas de automóveis. Assim, em 1898, juntamente com seus irmãos e amigos, abriu a empresa Société Louis Renault Frères, em Boulogne-Billancourt, França. O primeiro logotipo Renault, desenhado em 1900, incluiu as três iniciais dos irmãos Renault: Louis, Fernando e Marcel. Em 1906, o logotipo mudou para uma extremidade dianteira de um carro envolvida em uma engrenagem. Durante a I Guerra Mundial, a Renault fabricou tanques leves para os Aliados, denominados de Renault FT-17. Foram tão populares que, após a guerra, a Renault realmente mudou seu logotipo para um tanque. A forma de diamante foi introduzida em 1925 e permanece até hoje. O moderno logotipo da Renault foi criado em 1972 por Victor Vasarely, o pai da arte Op (ou arte óptica). Figura 71: Logotipo Renault.• Rolls Royce - Os dois "R" do logotipo eram estampados em vermelho, alusivos aos sobrenomes dos fundadores. Com a morte de seus dois fundadores, 53
  • 54. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Charles Rolls (1910) e Frederick Royce (1933), as letras passaram a ser grafadas em preto, em sinal de luto. Figura 72: Logotipo Rolls Royce.• Saab - Em 1937, uma empresa chamada aeronaves Svenska Aeroplan Aktiebolaget (“Swedish Aeroplane Limited" ou "Aviões Suecos Limitada", ou simplesmente SAAB) foi criada para atender ás necessidades da Força Aérea sueca. Quando a Segunda Guerra Mundial terminou, a fabricante de aviões SAAB começou a fazer carros de diversificar seus negócios. O primeiro carro que foi feito foi um protótipo chamado de 92001 ou ursaab (que significa "original Saab") em 1946. Foram conduzidos testes por quase 530.000 km em absoluto sigilo, normalmente em estreitas e lamacentas estradas florestais no início da manhã ou tarde da noite. Em 1947, a empresa Saab Automobile foi constituída. O primeiro carro da empresa foi o Saab 92, porque era simplesmente o projeto 92 da empresa (os 91 anteriores haviam sido todos aeronaves). O logotipo de um grifo, com a cabeça de um monstro mitológico que tinha o corpo de um leão e cabeça e asas de uma águia, veio de Vadis-Scania, um fabricante de caminhão, que se fundiu com SAAB. O grifo foi um escudo de armas da província Scania. O azul de fundo é a cor da marinha. Em 2000, a empresa Saab Automobile foi comprada pela General Motors, e assim já não tinha qualquer ligação com SAAB fora de sua história e do logotipo. 54
  • 55. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 73: Logotipo Saab. 55
  • 56. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin• Subaru - A Subaru a marca de automóveis da empresa japonesa Fuji Heavy Industries, que também atua no mercado aeroespacial, no de produtos industriais e produz ainda tecnologia ecológica. De fato a marca japonesa esteve sempre associada a tecnologia de ponta. Dada a multiplicidade de segmentos em que opera o símbolo da marca e o próprio nome representam o grupo de estrelas Plêiades, estrelas da constelação de Touro. As Plêiades são visíveis no hemisfério sul e no hemisfério norte, consistem em várias estrelas brilhantes e quentes que foram formadas ao mesmo tempo dentro de uma grande nuvem de gás e poeira interestelar. A névoa azul que as acompanha deve-se à poeira muito fina que ainda permanece e reflete principalmente a luz azul das estrelas. Figura 74: Logotipo Subaru.• Volkswagen – A criação de automóvel popular – carro do povo, “Volkswagen” – no período pré-guerra levou o estado alemão a implantar uma fábrica. Essa fábrica desenvolveu o protótipo do veículo e, em função das demandas por equipamentos militares, somente produziu versões para essa aplicação. Após o termino da guerra, a fábrica foi recuperada e passou a produzir o veículo civil. Como a fábrica não tinha nome, foi batizada com o nome do veículo para o qual foi implantada. Significativas alterações foram aplicadas ao logotipo. Figura 75: Logotipo Volkswagen.• Volvo - A idéia para o surgimento da marca VOLVO começou a nascer em 1924 na cidade de Estocolmo na Suécia, quando Assar Gabrielsson e o engenheiro Gustaf Larson, colegas de infância, se encontraram em um restaurante. A idéia de construir o mais seguro automóvel do mundo surgiu depois que a mulher de Assar Gabrielsson morreu em um acidente aéreo. Depois de horas de bate papo, ambos tiveram a idéia de projetar um carro genuinamente sueco e que fosse extremamente seguro. E para isso receberam o apoio da empresa SKF. O primeiro automóvel, chamado de VOLVO ÖV4, com um motor de 4 cilindros com 28 cv, capaz de atingir 90 quilômetros por hora, conhecido popularmente como Jakob, saiu da linha de montagem da cidade de Gotemburgo às 10h10min do dia 14 de abril de 1927. Esse automóvel foi construído para o clima escandinavo, utilizando, além do excelente aço sueco componentes de alta qualidade. Gabrielsson financiou a construção de 10 protótipos, desenvolvidos pelo artista Helmer Mas-Olle. Os carros já saiam da linha de montagem com as tradicionais listras diagonais na grade do radiador, marca da empresa até os 56
  • 57. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippindias de hoje. Em 1928 iniciou a produção de pequenos caminhões de 1.5toneladas. Foi nesse mesmo ano que a VOLVO iniciou a exportação de seusautomóveis para a Finlândia. No ano de 1932, a empresa produzia cerca de 900carros por ano, entrando no mercado de fabricação de ônibus dois anos depoiscom o modelo B1. Nos primeiros anos a VOLVO, apesar de obter grandesucesso com a comercialização de caminhões e ônibus, e ao mesmo tempo secomprometer a construir os automóveis mais seguros, não deixava de ter umelevado índice de mortalidade em acidentes. Para combater essa reputação aVOLVO fez uma enorme aposta em marketing e principalmente em pesquisasque resultariam em inovações de segurança que fariam da montadora sueca umícone neste segmento. A neutralidade da Suécia na Segunda Guerra Mundialpermitiu que a produção de automóveis não fosse interrompida no período,apesar de boa parte dela ser direcionada a veículos militares. O primeiroautomóvel pós-guerra da VOLVO foi o pequeno PV-444, produzido em 1942,possuindo suspensão frontal independente, com um baixo consumo decombustível e que trazia de série vidro laminado no pára-brisas. Com estemodelo, a montadora colocou um pé dentro do mercado americano. Em 1956 élançado o VOLVO Amazon, primeiro automóvel a incorporar o atual sistema detrês pontos do cinto de segurança. Em 1961 é lançado o Volvo P1800, umesportivo que permaneceu durante muitos anos em concepção e que permitiuuma expansão ainda maior da montadora para o mercado norte-americano. Em1964, a montadora inaugura uma nova fábrica perto da cidade de Torslanda.Neste mesmo período a VOLVO estava pronta para começar a produzir seuscarros no Canadá e Bélgica. O carro de número um milhão foi um Amazonas,construído em 1966. Ainda nesse ano a empresa introduziu duas grandesnovidades, o desembaçador de vidro traseiro e freio a disco em todas as rodas.No final desta década, em 1968, foi introduzida a nova série de automóveis queutilizavam a denominação de três dígitos, a série 140. Inicialmente, o primeirodígito fazia referência à série, o segundo ao número de cilindros do motor e oterceiro ao número de portas. Em 1983 a empresa comemorou os cinco milhõesde automóveis vendidos. Durante essa década a VOLVO lançou inúmerosmodelos como o popular 240, o 740, 760, 940 e o 960. Esses carrosapresentavam design retangular e a grande maioria era modelos de luxo. Em1999 a divisão de automóveis de passageiros da montadora, denominadaVOLVO CARS, é vendida à montadora americana Ford, de forma a concentrartodos os esforços nos veículos comerciais. A empresa Volvo Group,permaneceu em mãos suecas atuando na construção de caminhões, ônibus,construção pesada, estaleiros navais e indústria aeronáutica. O nome VOLVOderiva do Latim e significa “I Roll” (“Eu Rodo” em português). Antes de decoraro primeiro carro VOLVO em 1927, ele era usado com o nome de uma marcafabricante de rolamentos, a SKF. O polêmico logotipo da marca VOLVO, pormais estranho que pareça, não faz referência ao símbolo do gênero masculino,figura criada a partir de uma antiga representação do Deus romano Marte, comoreclamam movimentos feministas mundo afora. Na verdade representa arobustez da indústria siderúrgica sueca do início do século XX. O símbolo era osinal do ferro - um círculo com uma seta diagonal. Essa logomarca só éempregada atualmente na grade dianteira dos veículos, por uma questão detradição da marca. O polêmico logotipo da marca sueca também é o símbolo damasculinidade. Por esse motivo já foi muito contestado por movimentosfeministas na Europa. 57
  • 58. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 76: Logotipo Volvo.• Willys - Embora tenha obtido sua consagração definitiva durante a II Grande Guerra, através do mundialmente famoso Jeep, o nome Willys Overland, surgiu em 1908 com a compra da Overland Automobile Company, sediada em Indianópolis, Indiana, por John North Willys, bem-sucedido empresário e presidente da American Motor Car Sales, representante de diversas marcas de automóveis. Desde essa data, quando foi produzido seu primeiro modelo, com motor monocilindro, a Willys (primitivamente Overland Motor Car Company) manteve-se entre as maiores indústrias automobilísticas (chegou a ser a maior delas em 1911), tendo fabricado carros que marcaram época na história do automobilismo, como o Willys Six 1909, do qual foram vendidos nada menos de 4 mil exemplares em um só ano. Também existiram outros modelos famosos da Willys tais como os Willys-Knight e os conhecidos modelos 37, 38 e 77 da década da trinta. Em 1940 era apresentado o General Purpose Vehicle, veículo para uso geral, destinado às forças armadas do exército norte-americano. O General Purpose ficou conhecido anos mais tarde como Jeep, transcrição fonética em inglês das iniciais da expressão GP. Em 1948 houve a criação do Jeepster. Cessada a guerra, a procura do veículo Jeep decresceu, mas ainda assim a Willys iniciou o desenvolvimento do projeto de um carro prático e robusto, de linhas modernas e avançadas. O protótipo foi apresentado em 1951 e já no ano seguinte era lançado a série Aero com os seguintes modelos Aero- Wing, Aero Lark, Aero Eagle e Aero-Ace. Em 1953 apareceu o Aero falcon e desapareceu o Aero Wing, em 1955 os últimos modelos eram chamados de Custon (sedam) e Bermuda (coupê). No Brasil começou suas atividades por volta de 1954 inicialmente montando o Jeep, com tração nas 4 rodas. Em 1959 lançou outro veículo forte; a Rural 4x4. Em 1960 foi a vez de um carro maior, com espaço e conforto para seis pessoas - O Aero-Willys. Em 1961 veio a Pick- up Jeep 4x2 e o esportivo Interlagos e em 1966 o Itamaraty. Em 1967 a Willys contava com 7 carros de passeio e utilitários em 19 versões, tendo a maior linha de produtos no mercado brasileiro. Em 1968 houve a união da Willys Overland do Brasil com a Ford Motors do Brasil que passou a chamar Ford-Willys, passando a fabricar seus veículos, até o último em 1984 (A pick-up F-75). Em 1970 a American Motors Corporation comprou a empresa, que mais tarde seria adquirida, em 1987, pela Chrysler Corporation. A marca acabou sendo absorvida e substituída pela Jeep. 58
  • 59. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 77: Logotipo Willys. 59
  • 60. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin1.2 Cronologia• 4000 a.C. – Invenção da roda;• Suméria – 3500 a.C. – 1° registro de trenó sobre rodas;• Egito – 1600 a.C. – Plataforma de tração animal;• Inglaterra – 1555 – Carruagem de tração animal com suspensão;• Holanda – 1637 – Nassau – Canhoneira à vela;• França – 1771 – Cugnot – 1° veículo a vapor;• Inglaterra – 1775 – Watt – Veículo a vapor de alta pressão;• Inglaterra – 1800 – Trevithick – 1° veículo de transporte de passageiros autopropulsado (a vapor);• Suíça – 1807 – Rivaz – 1° veículo com motor de combustão interna manual (hidrogênio);• Inglaterra – 1826 – Brown – 1° veículo com motor a combustão interna sem explosão (álcool);• França – 1862 – Lenoir – 1° veículo com motor de combustão interna de dois tempos (gás de carvão);• EUA – 1863 – Roper – 1° veículo motorizado vendido em série (9 unidades, a vapor);• Áustria – 1865 – Marcus – 1° veículo motorizado com motor de dois tempos à gasolina;• Alemanha – 1885 – Daimler – 1° veículo com motor quatro tempos (à gasolina, com duas rodas);• Alemanha – 1885 – Benz – 1° veículo com motor de dois tempos com ignição por centelha (à gasolina);• Alemanha – 1886 – Daimler – Veículo com motor quatro tempos (à gasolina, com quatro rodas);• França – 1891 – Panhard / Levassor – 1° veículo com chassi;• França – 1891 – Peugeot – 1° veículo à gasolina vendido em série (68 unidades);• Alemanha – 1895 – Benz – Veículo com três marchas;• França – 1895 – De Dion – 1° veículo com motor refrigerado a ar;• EUA – 1895 – Balzar – Veículo com transmissão por engrenamento constante;• Alemanha – 1896 – Daimler – 1° caminhão;• Alemanha – 1897 – Opel – 1° veículo com marcha à ré;• Áustria – 1899 – Porsche – 1° veículo com moto-gerador à gasolina acionando motores elétricos nas rodas;• França – 1900 – Renault – Veículo com habitáculo fechado;• EUA – 1901 – OLDSMOBILE – 1° veículo de produção em massa;• Suécia – 1901 – SCANIA – 1° veículo com rolamentos de esferas nas rodas;• Alemanha – 1902 – DAIMLER/PEUGEOT – Uso de turbocompressor em motor à combustão;• França – 1902 – MORS – Amortecedor por atrito;• França – 1902 – CGV – 1° veículo com motor de 8 cilindros;• Holanda – 1902 – SPYKER – 1° veículo com motor de 6 cilindros e tração 4x4;• Inglaterra – 1902 – Volante ajustável;• EUA – 1902 – Baker – Cinto de segurança;• EUA – 1903 – FORD – Criação da Ford Motor Company;• EUA – 1903 – BUICK – Motor OHV (2.6 2 cilindros);• Inglaterra – 1903 – LANCHESTER – Freio a disco;• Inglaterra – 1903 – VAUXHALL – 1° veículo com carroceria totalmente em aço;• EUA – 1904 – STURTEVANT – Transmissão automática e direção eletricamente assistida; 60
  • 61. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin• EUA – 1905 – SAE – Criação da SAE;• EUA – 1907 – OAKLAND – Veículo com motor com eixos contra-rotativos para minimizar vibrações (2.6 2 cilindros);• EUA – 1908 – CADILLAC – Intercambiabilidade de peças;• EUA – 1908 – FORD – Ford modelo “T”;• EUA – 1908 – GMC – Criação da General Motor Company;• França – 1908 – MORS – Amortecedor hidráulico;• EUA – 1908 – BRUSH RUNABOUT – Sistema de direção com redução variável;• Itália – 1908 – ISOTTA FRASCHINI – Freio nas 4 rodas;• EUA – 1912 – CADILLAC – Motor de partida elétrico;• EUA – 1912 – OLDSMOBILE – 1° veículo com carroceria em material compósito (papel e epóxi);• EUA – 1912 – PACKARD – Motor V12;• EUA – 1916 – Limpador de pára-brisa;• Itália – 1918 – LANCIA – 1° veículo com carroceria monobloco;• França – 1919 – HISPANO – SUIZA – Servo-freio;• EUA – 1919 – GMC – Criação do GMI – General Motors Institute – 1ª Escola Automotiva;• Brasil – 1919 – FORD – Inauguração da Ford do Brasil;• EUA – 1920 – Tinta duco (secagem mais rápida);• EUA – 1920 – Aço ao molibdênio;• EUA – 1922 – Filtro de ar;• EUA – 1924 – Adição de chumbo tetra-etila na gasolina permitindo o aumento da taxa de compressão dos motores de 3:1 para 4,5:1;• Brasil – 1925 – GMC – Inauguração da GM do Brasil;• EUA – 1926 – CADILLAC – Pára-brisa laminado;• Espanha – 1926 – PEDROSO – Comando de válvula variável;• EUA – 1927 – FORD – Último Ford “T” (15007033°);• EUA – 1928 – CADILLAC – Caixa de câmbio sincronizada (exceto a primeira) e rádio Motorola;• EUA – 1929 – GMC – Ar condicionado (Frigidaire);• EUA – 1932 – BUICK – Câmbio semi-automático;• EUA – 1934 – CHRYSLER – Lançamento do “Airflow” (aerodinâmica);• Alemanha – 1936 – MERCEDES-BENZ – 1° veículo com motor Diesel (Mercedes 260D);• EUA – 1939 – OLDSMOBILE – Transmissão automática de 4 velocidades;• Alemanha – 1940 – Porsche – Apresentação do Volkswagen;• EUA – 1941 – BANTAM – Apresentação do Jeep;• EUA – 1941 – FORD – Carroceria de fibra plástica;• EUA – 1946 – FORD – Carroceria de fibra de vidro;• EUA – 1948 – BUICK – Conversor de torque;• EUA – 1950 – B.F. GOODRICH – Pneus “Tubeless”;• EUA – 1951 – CHRYSLER – Direção hidráulica;• França – 1953 – MICHELIN – Pneu radial;• França – 1955 – CITROËN – Citroën DS 19 (Cx = 0,31);• EUA – 1957 – CADILLAC – Piloto automático;• EUA – 1958 – Rambler – Bancos com regulagem elétrica;• França – 1959 – MORRIS – Configuração com tração dianteira motor transversal;• Holanda – 1959 – DAFFODIL – Transmissão continuamente variável;• Japão – 1964 – TOYOTA – Produção just-in-time;• Alemanha – 1964 – NSU – Primeiro veículo com motor Wankel; 61
  • 62. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin• EUA – 1967 – PONTIAC – Pára-choque absorvedor de energia;• EUA – 1968 – FORD – Freio anti-blocante;• EUA – 1970 – BUICK – Sistema de controle de tração;• EUA – 1973 – GMC – Air-bag;• EUA – 1974 – Catalisadores;• 1975 – Injeção eletrônica de combustível;• Inglaterra – 1978 – LOTUS – Monobloco inteiramente em plástico;• Brasil – 1979 – FIAT – Primeiro carro a álcool de grande produção;• Alemanha – 1980 – AUDI – Primeiro carro com tração 4x4 integral;• Alemanha – 1981 – PORSCHE – Injeção eletrônica com detetor de oxigênio;• EUA – 1985 – GMC – Saturn, veículo de grande avanço tecnológico;• Brasil – 1986 – Aplicação automotiva do motor semi-adiabático (ELKO);• Alemanha – 1989 – PORSCHE – Câmbio automático inteligente (Tiptronic);• Inglaterra – 1997 – LAND ROVER – Controle de descida em percurso off-road;• Brasil – 2002 – Bosch – Sistema de alimentação de combustível álcool+gasolina. 62
  • 63. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin2 DINÂMICA DE MARCHA Atualmente as transmissões devem ser facilmente integráveis aos sistemasveiculares para provê-los de um crescimento de performance mantendo-os conformes com alegislação vigente, tanto quanto a restrições ambientais quanto de segurança veicular. Otrem motriz deve oferecer relações de transmissão adequadas para efetivamente utilizar apotência do motor. Particularmente em veículos comerciais, a escolha correta do trem motriztorna possível manter o motor operando dentro de uma faixa de funcionamento de máximaperformance ao menor custo. Esta faixa ocorre onde o motor produz a máxima potência porunidade de massa de combustível. DEFINIÇÕESTrem Motriz : Sistema mecânico com a função de prover adequadas condições de força ede velocidade ao veículo, para vencer os esforços de inércia e de resistência ao movimento,ou à mudança de uma condição de movimento para outra. Fluxo de Energia: Motor Combustível Energia Mecânica Potência máxima Torque máximo Intervalo de rotação Velocidade Trem motriz Força Adequados ao movimento do Veículo Potência máxima: Máxima potência obtenível de um motor, apresentada em umarotação característica. Para um dado conjunto de características do motor (tamanho,configuração, alimentação) a potência máxima fornecida pelo motor é constante para todasas opções de velocidade do veículo. A potência máxima disponível nas rodas do veículo (ouna tomada de força em alguns utilitários) é decrescida da potência perdida na transmissão,em função de seu rendimento. Como potência é o produto da força pela velocidade com que esta força atua, quandonecessitamos de aumento na força disponível, a velocidade de atuação desta força sereduzirá na mesma proporção do aumento da força. Quando necessitamos de maiorvelocidade de atuação, a força se reduzirá na mesma proporção do aumento da velocidade.Portanto, uma transmissão poderá aumentar a força (diminuindo a velocidade) ou aumentara velocidade (diminuindo a força). Torque máximo: máximo torque disponibilizado pelo motor, em uma determinadarotação. A potência gerada pelo motor nesta rotação é menor que a potência máxima, assimcomo o torque disponível na rotação de potência máxima é menor que o torque máximo. Otorque máximo é responsável pelo máximo desempenho do veículo em situações extremas. 63
  • 64. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinEm uma subida de rampa, o limite de capacidade de subida ocorre com o motor na rotaçãode torque máximo e com a caixa de câmbio engrenando a marcha mais reduzida. FUNÇÕES DO TREM MOTRIZAs funções do trem motriz podem ser assim apresentadas:1) Prover a um veículo um estado de movimento partindo de um estado estacionário (imóvel ou não);2) Adequar torque e rotação do motor ao eixo do veículo conforme as necessidades de tração;3) Permitir movimento avante e à ré;4) Compensar variações de rotação entre as rodas de um mesmo eixo de tração em curvas;5) Compensar variações de rotação entre eixos motrizes (em alguns veículos multitração) em curvas;6) Manter o motor operando dentro de uma faixa ideal de consumo e emissão de poluentes;7) Permitir a conexão e desconexão do motor com o próprio trem motriz, mesmo em movimento, de forma suave e progressiva;8) Permitir movimento relativo entre o motor e componentes do trem motriz devido aos movimentos da suspensão. Figura 78: Curvas típicas de um motor ciclo Otto apresentando a potência máxima e o torque máximo. 64
  • 65. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 79: Curvas típicas de um motor Diesel apresentando a potência máxima e o torque máximo. Com a indicação da curva de consumo de combustível pode-se determinar a faixa ótima de funcionamento. A seleção do trem motriz deve ser feita de modo a manter o motor funcionando preferencialmente na faixa de consumo ótimo. 65
  • 66. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 80: Curva de desempenho de um veículo, apresentado o desenvolvimento das velocidades em cada marcha em função da rotação do motor. Nota-se a faixa de utilização do veículo em cada marcha, em função dos limites mínimos e máximos de rotação recomendados para o motor, e a faixa econômica, onde o consumo de combustível é mínimo. 66
  • 67. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin2.1 Rendimento As transmissões empregadas em um trem motriz são, na sua maior parte,transmissões por engrenagens. Em alguns casos mais específicos empregam-se outroselementos mecânicos com esta função. Pode-se citar o uso de correntes na transmissão depotência à roda de uma motocicleta e em algumas caixas de transferência em veículosmultitração e o uso de correias na transmissão de pequenos veículos de lazer. De qualquermodo, sempre um par cinemático acoplado com a função de transmitir potência apresentaum rendimento menor que a unidade. Isto significa que sempre há uma perda de potênciainerente à própria transmissão de potência. No caso de transmissões por engrenagens, esserendimento apresenta valores médios de aproximadamente 98% para cada par cinemáticoconstruído com engrenagens cilíndricas e de 95% para engrenagens cônicas. Sob uma visão global de uma caixa de engrenagens, esta perda de potência se deveao atrito entre as superfícies transmissoras de potência, às perdas nos mancais e à agitaçãodo lubrificante, gerando calor e ruído. Para exemplificar apresenta-se a seguir os rendimentos totais de alguns trensmotrizes. Tabela 1: Rendimento da transmissão. Veículo Rendimento total (%) Pálio 1.0 85,9 Gol 1.0 72,3 Uno 1.0 79,0 Corsa 1.0 83,1 Ka 1.0 82,0 Besta 2.7 69,7 Ranger 4.0 70,0 Nissan 2.0 manual 76,1 Nissan 2.0 automático 66,4 Peugeot GR 2.3 75,32.2 Componentes do Trem Motriz Os componentes do trem motriz podem ser agrupados em grandes conjuntos, comosegue: • Embreagem: acopla o próprio trem motriz ao motor • Caixa de câmbio: permite adequar as condições de torque e rotação do motor às condições de marcha do veículo • Diferencial: compensa variações de rotação entre rodas motrizes de um veículo • Sistema de controle: supervisiona o funcionamento do conjunto motriz • Eixos e acoplamentos: permitem a conexão dos componentes do trem motriz • Freios: proporcionam redução de velocidade e imobilização do veículo.2.3 Disposição do Trem Motriz Como disposição do trem motriz (sendo mais rigoroso, do trem de potência) pode-sedescrever as configurações construtivas conforme as posições relativas do motor e do eixomotriz. 67
  • 68. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Tabela 2: Configuração de trem motriz. Disposição Motor Eixo motriz Tração traseira Frontal longitudinal Traseiro (Standard) Traseiro Traseiro Frontal longitudinal Tração dianteira Dianteiro Frontal transversal Frontal longitudinal Tração total Central longitudinal Dianteiro e traseiro Frontal transversal2.4 Objetivo do Trem Motriz O objetivo do trem motriz é adequar o veículo às condições de marcha compatíveiscom a motorização e com as resistências ao movimento.2.4.1 Resistências ao Movimento As resistências ao movimento podem ser identificadas como: Resistência aerodinâmica: resistência ao movimento proporcional à velocidadedesenvolvida pelo veículo. Apresenta-se parabolicamente proporcional. À velocidade doveículo. Ë caracterizada pelas dimensões do veículo (área frontal e concepçãoaerodinâmica).Faerodinâmica (N) Faerodinâmica (N) v (km/h) α (rad) Faerodinâmica (N) m (kg) 68
  • 69. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Resistência ao gradiente: resistência ao movimento proporcional à inclinação da pista de forma linear com a velocidade. Ë caracterizada pela massa do veículo e pelo ângulo de inclinação da pista. Fgradiente (N)Fgradiente (N) v (km/h) α (rad) Fgradiente (N) m (kg) Resistência ao rolamento: resistência ao movimento proporcional ao coeficiente de atrito de rolamento entre o revestimento da pista e dos elementos motores do veículos (pneumáticos, esteiras, esquis) de forma linear com a velocidade. Ë caracterizada pela massa do veículo e pelo ângulo de inclinação da pista. Frolamento (N) Frolamento (N) v (km/h) α (rad) 69
  • 70. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Frolamento (N) m (kg) Resistência total: somatória das resistências que se opõem ao movimento do veículo.Esta somatória deve ser realizada com base no mesmo parâmetro – velocidade, massa,ângulo, etc. Normalmente o parâmetro de maior interesse é a velocidade do veículo. Ftotal (N) F aerodinâmica F rolamento F gradiente v (km/h) A Ftotal (N) B C D α F v (km/h) 70
  • 71. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 81: Curva de resistência ao rolamento de um ônibus comparando o desempenho do veículo equipado cm pneus diagonais (convencionais) e com pneus radiais. Nota-se o menor atrito gerado pelos pneus radiais, que para a velocidade de 80 km/h chega a consumir 30 CV a menos que os pneus diagonais. Figura 82: Curva de resistência aerodinâmica de um ônibus em função da velocidade, comparando-se a diminuição do arraste aerodinâmico conseguido com a melhora do coeficiente de penetração aerodinâmica do veículo, que chega a ser de 42% a 80 km/h. 71
  • 72. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 83: Curva de resistência total de um ônibus apresentando-se a potência consumida em função da velocidade desenvolvida e das características de rampa a ser superada. 72
  • 73. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin2.5 Força Trativa É a força de tração desenvolvida no ponto de contato das rodas do veículo com opiso. v F r M torçorO momento torçor disponível na roda é o produto da força tangencial F pelo raio dinâmico daroda r (raio do aro + altura do pneu montado na roda + deformação dinâmica do pneu).ComoM torçor =M motor ⋅ i total ⋅ η total M ⋅ i total ⋅ η totalF = motor ∴ F = k ⋅M motor rPortanto, a velocidade v tangencial da roda (velocidade do veículo) é proporcional à rotaçãodo motor, para uma relação total de transmissão (i total) e o correspondente rendimento total(η total), e ao raio dinâmico da roda. O rendimento total depende da relação de transmissãoempregada.2.5.1 Variação da Força Trativa Com a Velocidade M motor = f (n ) F roda = f (v ) Curva de Torque Curva de Tração 73
  • 74. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Força nas rodas - Fr 7100 TR 1 6100 TR 2 TR 3 TR 4 5100 TR 5 4100Força (N) 3100 2100 1100 100 0 50 100 150 200 Velocidade do veículo (km/h) Figura 84: Curva de performance. 74
  • 75. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Torque no motor - Tm 180 170 160 150 Torque (Nm) 140 130 120 110 100 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Rotação do motor (rpm) Figura 85: Curva de torque do motor.2.5.2 Curvas de Performance As curvas de performance confrontam a curva de tração com as curvas deresistência. Normalmente são apresentadas em função da velocidade de deslocamento doveículo.2.5.3 Curvas de Potência Constante A curva de potência constante, para um veículo com transmissão discreta, é ainterpolação de todos os pontos de intersecção das curvas de velocidade com as curvas deresistência, para todos os valores de velociadade do veículo dentro da faixa de operação.Para veículos com transmissão contínua (continuamente variável) esta curva coincide com acurva de performance. 75
  • 76. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Resistências ao movimento - Fr 9000 TR 1 TR 2 8000 TR 3 TR 4 TR 5 7000 0 1 6000 2 3 4 5000F o rç a (N ) 5 6 4000 7 8 9 3000 10 15 20 2000 25 30 1000 35 40 45 0 0 50 100 150 200 Velocidade do veículo (km/h) Figura 86: Curva de performance. 76
  • 77. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Aceleração 150 100000 TR 1 135 TR 2 TR 3 120 TR 4 10000 TR 5 D1 105 D2 D3 Deslocamento (m) 90 D4 1000 D5Tempo (s) 75 60 100 45 30 10 15 0 1 0 50 100 150 200 Velocidade do veículo (km/h) Figura 87: Curva de performance. 77
  • 78. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 88: Curva de potência constante, representando a situação ideal onde o veículo teria infinitas relações de transmissão, com o motor trabalhando sempre na melhor faixa de consumo ou de desempenho.2.5.4 Curvas de Potência e Torque As curvas de potência e de torque são características de cada motor em particular. Apartir destas curvas se obtêm as curvas de performance e de potência constante, em funçãodas relações de transmissão apresentadas pela caixa de engrenagens e pela relação finalde transmissão (incluindo reduções nos cubos, quando houver). 78
  • 79. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 89: Curva de potência e de torque do motor.2.6 Determinação do Conjunto de Relações de Transmissão de uma Caixa de Engrenagens O projeto de um veículo automotor envolve a definição de características de chassi,power-train (motor + transmissão), carroceria, etc. A concepção do power-train não precisaser, necessariamente, nova. Alguns fabricantes de veículos empregam um conjunto motriz 79
  • 80. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippinbásico, com algumas variações em função de características próprias dos diversos modelosde uma linha. Neste contexto, conseguem-se variações de potência e torque em um mesmomotor privilegiando ora o desempenho, ora o conforto em condução urbana, ora a economia.Da mesma forma, o trem motriz pode sofrer alguns ajustes em relação a uma versão básica,com os mesmos objetivos. Portanto, combinando-se as opções de motorização com asopções de transmissão podem-se obter diferentes comportamentos em uma mesma linha deveículos, cada qual associado a um modelo diferente, voltado a um cliente diferente. Focaliza-se aqui, particularmente, as combinações de um determinado motor com aspossíveis opções de trem motriz. As condições de contorno para a determinação das relações de transmissão de umacaixa de câmbio são: • Ângulo de rampa nulo com o motor desenvolvendo a máxima potência na respectiva rotação mínima relação de transmissão; • Ângulo de rampa máximo com o motor desenvolvendo o máximo torque na respectiva rotação máxima relação de transmissão As demais relações de transmissão são desenvolvidas em progressão geométrica ondeos valores anteriores são o último e primeiro termos, respectivamente. Este escalonamento,assim obtido, considera que na mudança de marcha a velocidade na marcha atual é igual àvelocidade na marcha anterior instantaneamente no momento da mudança. Portanto,descrevendo a rotação de torque máximo do motor como nt e a rotação de potência máximacomo np, as relações de transmissão como i = A:1, i = B:1, C:1, D:1, etc., tem-se: n p ntv = K ⋅ v = K ⋅ A Bonde K é uma constante que representa as dimensões do aro, do pneu e do tipo construtivode pneu. Então, na mudança de marcha tem-se v = v’, ou seja, a velocidade instantânea namudança de marcha é igual, correspondendo a uma alteração proporcional na rotação domotor, que por sua vez, corresponde a uma alteração nos valores de torque e potênciadisponíveis momentaneamente. Então, np nt K ⋅ =K ⋅ B = A ⋅ L A B Mou seja, alterou-se a relação de transmissão de A:1 para B:1 com a rotação diminuindo darotação de potência máxima para a rotação de torque máximo. Este padrão é ideal, sendomais próximo dos valores usuais para veículos comerciais, particularmente com motorizaçãociclo Diesel. Variações são possíveis em função das curvas de potência e de torque de cadamotor em particular. Na próxima mudança de marcha novamente a velocidade instantânease mantém, quando a relação de transmissão é alterada de B:1 para C:1. Logo, n p n L K ⋅ = K ⋅ t C =B ⋅ B C MComo 2 L  L  B=A⋅ C = A ⋅  M  M Na próxima mudança de marcha novamente a velocidade instantânea se mantém, quando arelação de transmissão é alterada de C:1 para D:1. Logo, n p n t L K ⋅ = K ⋅ D = C ⋅ C D MComo 80
  • 81. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 2 3  L   L C = A ⋅   D = A ⋅   M   M E assim sucessivamente. Portanto, a razão entre as relações de transmissão é constante evale L/M, correspondendo a uma progressão geométrica. Buscando uma melhor flexibilidade do conjunto, em caminhões a velocidade máximadeve ser aproximadamente de 8 a 16 km/h maior que a velocidade de cruzeiro - ou em tronode 90% da rotação de potência máxima. Para iniciar o movimento do veículo carregado noplano pode-se considerar como se este estivesse se movendo em uma rampa de 10% deinclinação. Da mesma forma, para arrancar em uma rampa, considera-se um incremento de10% na inclinação da rampa.Como exemplo, pode-se apresentar a seguinte situação: um veículo com motor Dieselfornece 250 CV a 2100 rpm e apresenta torque máximo a 1270 rpm. Em função dos valoresde potência e de torque, bem como das resistências a serem vencidas, definiu-se que amaior relação de transmissão necessária é 35,6:1. Este veículo será equipado com um eixomotriz de relação final de transmissão de 4,88:1 e com uma caixa de câmbio de 5velocidades + ré. Qual o escalonamento necessário para cada marcha?Solução:A primeira relação de transmissão já foi estabelecida em função das características dedesempenho previstas. Então, 35 , 6 ∴ i 1 = 7 ,30i1 = 4 , 88A razão it 1270 = = 0 , 6047 ip 2100define a progressão geométrica que determina o escalonamento da caixa de câmbio. Logo,i2 = 0 , 6047 ⋅ 7 , 30 ∴ i 2 = 4 , 41i3 = 0 , 6047 ⋅ 4 , 41 ∴ i 3 = 2 , 67i4 = 0 , 6047 ⋅ 2 , 67 ∴ i 4 = 1, 61i5 = 0 , 6047 ⋅ 1, 61 ∴ i 5 = 0 , 97As relações de transmissão da caixa de câmbio realmente utilizada no veículo a que serefere o exemplo, um caixa Spicer 8552-B, são:I1 = 7,30:1I2 = 4,54:1I3 = 2,75:1I4 = 1,65:1I5 = 1,00:1 As variações encontradas são função das características de projeto de trens deengrenagens, onde cada par de engrenagens que compõe um engrenamento deve atenderà mesma distância entre centros que os demais pares. Ainda, como é apresentado adiante,uma caixa de câmbio de 3 eixos, com a última marcha direta, apresenta algumas vantagensem relação às caixas de câmbio de 2 eixos, particularmente quando aplicada em veículoscomerciais ou de competição. 81
  • 82. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 90: Curva de desempenho de um caminhão-trator com caixa de câmbio de 10 marchas e um eixo motriz de simples redução.2.7 Equação de Equilíbrio de Forças As forças de tração exigíveis são iguais às forças impostas pelas resistências aomovimento. Então, 82
  • 83. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin itotal ρ2 2 Mm ⋅ ⋅ η total = m ⋅ g ⋅ f ⋅ cos α + m ⋅ g ⋅ sen α + a ⋅ m ⋅ (1 + δ ) + c x ⋅ A ⋅ ⋅v r 2Onde:Mm = momento (torque) entregue pelo motor no eixo de saída, em uma dada rotação (Nm);Itotal = relação de transmissão total (relação de transmissão da caixa de câmbio x relação detransmissão do eixo motriz);r = raio dinâmico da roda (raio da roda + altura dinâmica do pneu) (m);ηtotal = rendimento total da transmissão;m = massa do veículo (kg);g = aceleração da gravidade (m/s2);f = coeficiente de atrito de rolamento;α = ângulo de rampa (º);δ = coeficiente de inérciaa = aceleração linear (m/s2);cx =coeficiente de penetração aerodinâmicaA = área frontal do veículo (m2);ρ = densidade do ar (kg/m3);v = velocidade do veículo (m/s);Esta expressão resume-se a:Fexigível = Frolamento + Frampa + Faceleração + Faerodinâmi caO coeficiente de inércia rotacional é descrito por Jδ =1 + m ⋅r 2onde 2 2 2J = J r + ie ⋅ J t + ie ⋅ ic ⋅ J mcomJ = momento de inércia de massaJr = momento de inércia de massa da roda (aro + pneu)Jt = momento de inércia de massa do trem motrizJm = momento de inércia de massa do motorIe = relação de transmissão do eixo motrizIc = relação de transmissão da caixa de câmbio2.8 Configurações As configurações de trem motriz podem ser agrupadas como segue: • Disposição Standard com eixo rígido 83
  • 84. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 91: Tração dianteira com motor dianteiro.• Tração traseira com motor traseiro e eixo rígido • Motor transversal • Motor longitudinal Figura 92: Tração traseira com motor traseiro transversal. 84
  • 85. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 93: Tração traseira com motor traseiro longitudinal.Figura 94: Tração traseira com motor traseiro transversal.Figura 95: Tração traseira com motor traseiro transversal. 85
  • 86. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin• Tração com eixo morto – corrente Figura 96: Tração traseira com correntes.• Tração traseira independente – De Dion Figura 97: Tração traseira com suspensão De Dion. 86
  • 87. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin• Tração traseira com motor central Figura 98: Tração traseira com motor central. 87
  • 88. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin• Tração dianteira com motor dianteiro e suspensão independente • Motor transversal • Motor longitudinal Figura 99: Tração dianteira com motor dianteiro transversal. Figura 100: Tração dianteira com motor dianteiro longitudinal. 88
  • 89. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin • Tração 4 × 4 e integral Figura 101: Tração integral com motor dianteiro longitudinal.2.8.1 Características das principais configurações: Disposição Standard com eixo rígidoVantagens • Não há limitações sérias quanto ao tamanho do motor • Pequena carga nos suportes do motor • Fácil isolamento de vibrações • Melhor distribuição de carga • Vários sistemas de eixo dianteiro simples são possíveis • Desgaste de pneus mais homogêneo • Acionamento do câmbio mais simples • Mais espaço para a instalação do sistema de direção • Refrigeração mais eficiente do motorDesvantagens • Menor estabilidade direcional • Menor capacidade de tração em pisos lisos com pouca carga • Comportamento sobresterçante no limite • Mais difícil a construção da suspensão traseira independente • Maior espaço ocupado pela transmissão (eixo cardan) • Pior aproveitamento do espaço interno 89
  • 90. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 102: Variante da configuração Standard com tração traseira, motor dianteiro longitudinal e caixa de câmbio traseira. 90
  • 91. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 103: Configuração Standard com tração traseira, motor dianteiro longitudinal. Tração traseira com motor traseiroVantagens • Trem motriz compacto • Direção leve – pouco peso sobre o eixo dianteiro • Boa distribuição de esforços de frenagem • Eixo dianteiro simples • Fácil acesso ao motor • Melhor aproveitamento do espaço internoDesvantagens • Maior sensibilidade a ventos laterais • Extremo comportamento sobresterçante • Dirigibilidade muito difícil em pisos muito lisos (gelo) – pouco peso sobre o eixo dianteiro • Desgaste desigual de pneus • Suportes do motor absorvem maior momento • Traçado difícil para o escapamento • Dificuldade no isolamento de ruído • Mecanismo de acionamento do câmbio mais complicado • Refrigeração difícil para motores refrigerados à água • Localização segura do tanque de combustível dificultada 91
  • 92. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 104: Configuração com motor e tração traseiros. Tração dianteira com motor dianteiroVantagens • Melhor estabilidade direcional • Comportamento subestreçante • Pouca sensibilidade a vento laterais • Direção pouco pesada • Eixo traseiro mais simples • Melhor aproveitamento do espaço interno • Trem motor compacto • Melhor refrigeração do motorDesvantagens • Dificuldade de tração com carga máxima • Com motorização mais potente aumentam os níveis de vibração na direção • Tamanho do motor limitado • Suportes do motor absorvem maior momento • Mais difícil obter um conjunto confortável e silencioso • Eixo dianteiro mais complexo • Circunferência de giro limitada • Desgaste desigual dos pneus • Má distribuição de forças de frenagem • Mecanismo de acionamento do câmbio mais complexo 92
  • 93. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 105: Configuração com tração dianteira e motor dianteiro transversal. Tração 4 × 4 e integralVantagens • Melhor capacidade de tração em qualquer piso • Maior capacidade de subida em rampas • Melhor retomada de velocidade • Pouca sensibilidade a ventos laterais • Melhor comportamento em aquaplanagem • Melhor distribuição de carga • Desgaste homogêneo de pneusDesvantagens • Mais caro • Mais pesado • Menor velocidade máxima • Maior consumo de combustível (5 a 10%) • Alguns sistemas têm comportamento não neutro no limite • Sistemas não integrais (parciais) são incompatíveis com ABS 93
  • 94. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 106: Clássica configuração com tração 4x4 parcial com motor dianteiro longitudinal. 94
  • 95. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin3 EMBREAGEM E ACOPLAMENTOS Mecanismo que permite a transmissão de movimentos rotatórios de um eixo para outrode maneira progressiva. Os tipos mais comuns são as embreagens de fricção e ashidráulicas (incluindo-se o conversor de torque). Figura 107: Esquema de acoplamento por embreagem.3.1 Embreagem de Fricção Disco – ligado ao motor Componentes Platô – ligado ao câmbio Volante do motor – ligado ao motor Molas – ligadas ao câmbioPresente em veículos equipados com câmbio manual. Uma embreagem de fricção – demenores dimensões – pode ser encontrada como componente de sistemas automáticospara melhorar o desempenho do conjunto particularmente em regime permanente.Funcionamento: o atrito gerado pelo disco contra o platô e o volante do motor, sob força damola, permite o acoplamento do motor ao câmbio.Funções:Disco – superfície revestida com material com alto coeficiente de atrito prover a força deatrito necessária à transmissão de movimento quando sob carga normal;Platô – componente de grande massa dissipar calor;Volante do motor – componente de grande massa dissipar calor e prover inércia aomotor;Molas – aplicar carga sobre o conjunto gerar a carga normal para que surja uma força deatrito entre o disco e as superfícies do volante do motor e do platô. Figura 108: Esquema de acoplamento por embreagem de fricção. 95
  • 96. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinAcionamento: • Mecânico: a carga das molas é retirada por sistema de alavancas e cabos acionado pelo motorista através de pedal; • Hidráulico: a carga das molas é retirada hidraulicamente por sistemas de válvulas acionadas pelo motorista através de pedal.3.2 Torque Transmissível O momento torçor transmissível por uma embreagem pode ser descrito como:M t = µ ⋅ P ⋅ r , ondeMt = momento torçor transmissível (Nm)µ = coeficiente de atritoP = carga normal aplicada pelas molas sobre o platô (N)r = raio médio da superfície de fricção (m) Superfície de Volante fricção do motor r Força de atritoFigura 109: Acionamento hidráulico de embreagem de fricção. Ao acionar o pedal o condutor comuta a válvula que permite o enchimento do cilindro hidráulico que por sua vez aciona a embreagem. Ao liberar o pedal da embreagem o condutor comuta a válvula para a posição de esvaziamento do cilindro que libera a embreagem. 96
  • 97. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinVariações: • Sistema totalmente automático acionamento hidráulico + câmbio automático (câmbio convencional servo-controlado) • Sistema com isolamento de vibrações volante com duas seções acopladas por molas, apresentando freqüência natural de vibração abaixo da freqüência de excitação do conjunto (rotação do motor). Figura 110: Esquema de isolamento de vibrações em embreagem de fricção.3.3 Embreagem de Fricção Cônica As embreagens de fricção tronco-cônicas estão em desuso no acoplamento entremotor e câmbio. Apresenta-se em algumas aplicações industriais mais simples com oobjetivo de acoplar motores e redutores. Porém, em sistemas de transmissão com caixas decâmbio sincronizadas, o emprego de embreagens cônicas é grande como objetivo desincronizar as mudanças de marchas, acoplando a engrenagem com a respectiva luva deengate, que encontram-se em velocidades diferentes no momento que o motorista inicia omovimento da alavanca de mudança de marchas. Figura 111: Esquema de acoplamento por embreagem cônica de fricção. 97
  • 98. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin r P α α Força de atrito R Q P F atrito = µ ⋅ Q Q= sen α P P F atrito = µ ⋅ M torçor = µ ⋅ ⋅r sen α sen α Para α ≈ 10° Mt ≈ 4µPr3.4 Outras Configurações de Embreagens por AtritoEmbreagem multidisco – apresenta maior eficiência (maior atrito) sob mesma carga.Transmite maior torque ocupando menos espaço radial (menor diâmetro). Porém ocupamaior espaço axial. Figura 112: Esquema de acoplamento por embreagem multidisco de fricção. 98
  • 99. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 113: Embreagem multidisco – com dois discos - aplicada em motor Diesel de caminhão pesado.Embreagem com mola tipo diafragma – é mais compacta, acionamento mais suave. É aembreagem mais comumente empregada em veículos de passeio. Figura 114: Esquema de acoplamento por embreagem com mola tipo diafragma. 99
  • 100. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 115: Embreagem de diafragma de acionamento inverso (puxando). Permite oacionamento de sincronizador auxiliar na entrada da caixa de câmbio através do mesmo mecanismo. 100
  • 101. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinEmbreagem Borg & Beck – configuração tradicional de embreagem por atrito com molasespirais. Normalmente empregada em veículos comerciais. Figura 116: Esquema de acoplamento por embreagem Borg & Beck.Embreagem multi-placas – conjunto de embreagens de discos metálicos em banho de óleo.Configuração típica de embreagem empregada em motocicletas. Figura 117: Esquema de acoplamento por embreagem de discos em banho de óleo. 101
  • 102. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinEmbreagem centrífuga – embreagem de acionamento automático em função da rotação domotor. É de emprego comum em ciclomotores e equipamentos motorizados, como cortadorde grama, pequenos veículos de carga, etc. Figura 118: Esquema de acoplamento por embreagem centrífuga.3.5 Embreagens EletromagnéticasEmbreagem por corrente parasita (corrente de Eddy) – embreagem de funcionamento porcorrente impressa, composta por dois rotores, da mesma forma que em um motor elétrico.Um rotor é fixo ao eixo do motor e o outro é fixo ao eixo da caixa de câmbio. Ao rotor ligadoà caixa de câmbio é aplicada uma corrente elétrica oriunda de um gerador acionado pelomotor do veículo. Os dois rotores apresentam ranhuras nas suas superfícies de maneira aproporcionar um rotor semelhante a um rotor de motor elétrico de gaiola aberta. Quando osdois rotores giram na mesma rotação não há indução de corrente entre o rotor energizado eo rotor acoplado ao motor do veículo – situação de veículo embreado. Quando há variaçãode rotação entre os rotores uma corrente induzida é impressa gerando um campo elétricoque arrasta o outro rotor promovendo o embreamento dos dois rotores. Assim como nasembreagens hidráulicas, sem contato, ocorre algum escorregamento entre os rotores, porémmenor que 3%. As aplicações mais comuns para este tipo de embreagem são industriais. Nosegmento automotivo aplica-se em retarders e também como freio em veículos nãorodoviários. Figura 119: Esquema de acoplamento por embreagem por corrente parasita. 102
  • 103. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinEmbreagem eletromagnética Ferlec – Embreagem de funcionamento semelhante às deatrito (na realidade é uma embreagem de fricção) onde a força normal não é mais produzidapor molas e sim por bobinas energizadas gerando um campo eletromagnético. Quando asbobinas recebem corrente elétrica oriunda de um gerador acoplado ao motor do veículo oude uma bateria, o platô é pressionado contra disco e o volante gerando uma força de atritoque mantém o conjunto acoplado. Como há contato mecânico entre as partes móveis nãosurge escorregamento. Porém há o desgaste natural de uma embreagem por fricção. Acorrente aplicada nas bobinas pode ser dosada para um embreamento suave, através davariação de rotação do gerador, proporcional ao do motor do veículo, ou através de chavesacionadas pelo pedal do acelerador, quando a corrente vem de baterias. É de empregocomum em veículos elétricos onde a corrente de acionamento da embreagem provem dasbaterias de acionamento do veículo. Normalmente, nestes veículos, há dois estágios deacionamento da embreagem: um para a marcha “reduzida” e outro para a marcha “rápida”. Figura 120: Esquema de acoplamento por embreagem eletromagnética Ferlec.3.6 Embreagem Hidráulica A embreagem hidráulica transmite torque através do movimento de um fluido, semcontato mecânico direto entre seus componentes. Logo, o acoplamento é suavepossibilitando o isolamento de vibrações. Com a ausência de contato mecânico atransmissão de torque ocorre sem desgaste das peças principais, como ocorre nasembreagens por fricção. Usualmente são acoplada a caixas de câmbio automáticas. A constituição básica de uma embreagem hidráulica é de um rotor ligado ao eixo domotor (normalmente denominado “bomba”) e de um rotor ligado ao eixo da caixa deengrenagens (normalmente denominado “turbina”). Ambos os rotores giram imersos emfluido – específico para esta aplicação. A bomba é acionada pelo motor do veículo enquantoque a turbina é acionada pela bomba através de um acoplamento viscoso. Quando o motorapresenta rotação de marcha lenta não há acionamento do turbina por parte da bomba emfunção das insuficiência de energia cinética. Toda a potência consumida neste instante é 103
  • 104. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippinempregada para vencer as perdas internas. Como motores diferentes apresentam rotaçõesde marcha lenta diferentes, uma embreagem hidráulica pode ser regulada – no projeto econstrução – para gerar perdas compatíveis com os níveis de potência fornecidos pelo motorneste instante. Isto permite que o veículo permaneça imóvel como motor funcionando narotação de marcha lenta, e esta permaneça constante. Esta regulagem é obtida basicamentepela distância entre os rotores. Figura 121: Esquema de acoplamento por embreagem hidráulica. Tomando uma partícula de fluido que envolve os rotores, e analisando seu caminhoatravés deles, pode-se observar que a partícula no posição “K” na figura está animada comuma energia cinética proporcional à sua distância do centro de rotação da bomba e daprópria rotação da bomba. Como esta partícula pode caminhar na direção radial, impelidapela força centrífuga – proporcional à massa da partícula e à sua distância ao centro derotação –,durante o trajeto em direção à periferia do rotor adquire mais energia cinética, vistoque a distância do centro de rotação aumentou. A partícula atingiu, então, a posição “L” nafigura. O perfil na periferia do rotor apresenta um ângulo de saída normal ao plano do rotor,direcionando cada partícula de fluido em direção ao outro rotor – à turbina. A partícula defluido, então animada de uma grande energia cinética, é impelida contra o perfil da turbina –ponto “M” da figura, sendo forçada a caminhar na direção radial desta no sentido do centrode rotação da turbina – ponto “N” da figura, perdendo energia cinética. Lembrando doPrincípio de Lavoisier, esta perda de energia cinética é transformada em potênciatransmitida à turbina, que está sendo solicitada por um momento torçor oriundo da roda doveículo. Neste momento a partícula de fluido retorna ao ponto inicial. Portanto a turbina éacelerada pelo acoplamento viscoso dos dois rotores, com a transmissão de potênciaocorrendo entre o motor e o câmbio. 104
  • 105. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 122: Esquema de um rotor de uma embreagem hidráulica. 1 2 7 4 3 8 5 6Efetuando o balanço das energias cinéticas (desprezando –se as perdas) tem-se: 1 w 1 wE cK = ⋅ ⋅ (2 π rN )2 E cL = ⋅ ⋅ (2 π RN )2 2 g 2 gECL > ECK ∆EC = ECL − ECK → motor 1 w 1 wE cM = ⋅ ⋅ (2 π Rn )2 E cN = ⋅ ⋅ (2 π rn )2 2 g 2 gECM > ECN ∆E C = E C M − E C N → transmissã o 105
  • 106. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinOcorre escorregamento em função da diferença de velocidade entre os dois rotores. Esteescorregamento é definido como N − n s =1 − υ n s = ⋅ 100 υ = N NValores típicos são ν = 0,95 a 0,98. Para eliminar este escorregamento é possível a associação em série de umapequena embreagem de fricção à uma embreagem hidráulica, fazendo com que em marchade cruzeiro, onde a diferença de rotação em os rotores tende a ser nula – não o é porque noinstante em que a turbina atinge uma rotação idêntica à da bomba, cessa o fluxo de potênciaentre o motor e o câmbio. Como as resistências ao movimento ainda existem, o veículotende a diminuir de velocidade. Com isso a rotação da turbina, solidária à transmissão,também diminui e todo o processo se inicia. Portanto, uma embreagem de fricção auxiliar,agindo nesta situação, permite uma marcha suave em velocidade de cruzeiro. Figura 123: Esquema de acoplamento por embreagem hidráulica. 106
  • 107. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 124: Disco e platô de embreagem de fricção.Figura 125: Volante do motor sobre o qual se acoplam o disco e platô de embreagem de fricção. 107
  • 108. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin4 CAIXAS DE TRANSMISSÃOConjunto de pares cinemáticos constituídos por engrenamentos, envoltos em uma carcaça -caixa -, permitindo a seleção da relação de transmissão mais adequada, dentre asdisponíveis, para disponibilizar a necessária força de tração ao veículo em função dasresistências oponentes ao movimento. O número de opções de relação de transmissãodisponíveis, e, conseqüentemente, de velocidades do veículo, foi crescendo de duas nosprimeiros veículos do início do século, para valores atuais em torno de: • 5 a 7 para automóveis; • 5 para veículos comerciais leves • 5 a 6 para veículos comerciais médios e ônibus • 10 a 12 para veículos comerciais pesados • 10 a 24 veículos comerciais extra-pesados • 8 a 25 para tratares • 3 a 7 para motocicletas • 3 a 7 para câmbios automáticos Figura 126: Esquema de uma caixa de câmbio.4.1 Tipos As caixas de engrenagens podem ser classificadas, quanto ao tipo construtivo, em: • Caixas de transmissão por engrenamento por deslocamento • Caixas de transmissão por engrenamento constante • Caixas de transmissão por engrenamento constante sincronizado • Caixas de transmissão direta e indireta • Caixa de transmissão com eixos intermediários opostos • Caixas de transmissão epicíclicas • Caixas de transmissão automáticas 108
  • 109. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin4.1.1 Caixa de transmissão por engrenamento por deslocamento Na mudança de marcha - ou seja, mudança do par de engrenagens que está sendoempregado para efetuar a transmissão de potência entre motor e eixo motriz - asengrenagens são deslocadas axialmente sobre os eixos onde estão montadas. Como,normalmente, apenas uma engrenagem é movida, acoplando-se a outra para constituir onovo par cinemático, este mecanismo exige que as engrenagens sejam construídas comdentes retos. Dentes retos causam menor rendimento, maior ruído e menor capacidade decarga. Portanto estas caixas são grandes e ruidosas e de difícil operação, estando emdesuso. Está presente na marcha à ré da maioria dos automóveis e em algumas caixas detransferência de veículos 4 x 4. O acionamento da alavanca de mudança de marcha atuasobre mecanismos seletores que permitem a seleção correia dos garfos associados àsengrenagens a serem deslocadas. Figura 127: Esquema de uma caixa de câmbio por deslocamento de engrenagens. 109
  • 110. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 128: Caixa de câmbio por deslocamento de engrenagens.4.1.2 Caixas de transmissão por engrenamento constante Nas caixas de câmbio por engrenamento constante as engrenagens são fixas quantoàs suas posições axiais nos eixos em que estão montadas. Cada engrenagem estáconstantemente acoplada a outra engrenagem, constituindo os pares cinemáticos possíveis.Um engrenamento é constituído de duas engrenagens montadas em dois eixos paralelos.Uma das engrenagens que compõem cada engrenamento comutável podendo pertencertodas a um mesmo eixo ou aos dois eixos, são montadas sobre mancais, de rolamento oude deslizamento, podendo girar livremente em tomo dos seus eixos. Estas engrenagensapresentam um mecanismo de acoplamento com o eixo que é acionado através de seletoresacionados, por sua vez, pela alavanca de mudança. Quando a alavanca de mudança éacionada, um destes mecanismos acopla uma engrenagem em seu eixo através de umacoplamento de dentes. Logo, têm-se dois eixos girando com vários pares de engrenagensmontados sobre eles, porém apenas um para é completamente solidário aos eixos. Nosdemais pares, uma das engrenagens que os compõem está girando livremente sobre o seueixo. Neste caso, as partes móveis são os mecanismos de acoplamento, estes sim sendomovidos axialmente sobre o eixo.Permite-se, então, o emprego de engrenagens com dentes inclinados, com maiorcapacidade de carga, melhor rendimento, menor ruído e maios suavidade de marcha.Porém, como ocorre no caso da caixa com engrenamentos por deslocamento, não hásincronismo de rotação entre as partes que constituem o mecanismo de acoplamento daengrenagem, neste caso, e da engrenagem movida com aquela com a qual será acoplada.Todos os movimentos descritos ocorrem com as engrenagens em movimento de rotação,umas com a velocidade do motor, outras com a velocidade de acionamento do eixo motriz. Asituação ideal é quando as duas partes se acoplar apresentam a mesma velocidade.Quando isto não ocorre o acoplamento é dificultado ou mesmo impossibilitado. Neste caso,utiliza-se o próprio motor do veículo para se conseguir o sincronismo necessário para oacoplamento. Quando da mudança de marcha, ocasião onde se faz necessário sincronismo,a engrenagem ou acoplamento a ser movido está com a rotação de acionamento do eixomotriz, que é ditada pela velocidade instantânea do veículo. A engrenagem ou acoplamentoque receberá a parte a ser movida está girando com a rotação do motor dividida pela relaçãode transmissão primária da caixa. 110
  • 111. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinSe a mudança de marcha que se pretende realizar é de uma marcha mais reduzida paraoutra menos reduzida (de segunda para terceira, por exemplo) a rotação da parte a sermovida é menor que a rotação da parte receptora. Portanto, é necessário frear a partereceptora. Isto é feito debreando-se o veículo, posicionando-se o câmbio em posição neutra(nenhuma marcha acoplada), desacelerando-se o motor para que sua rotação diminuamomentaneamente, embreando-se o veículo fazendo com que a parte receptora gire, agora,com uma rotação igual à do motor (desacelerado) dividida pela relação de transmissãoprimária da caixa, e, embreando-se novamente o veículo efetuar a mudança desejada.Se a mudança de marcha que se pretende realizar é de uma marcha menos reduzida paraoutra mais reduzida (de terceira para segunda, por exemplo) a rotação da parte a ser movidaé maior que a rotação da parte receptora. Portanto, é necessário acelerar a parte receptora.Isto é feito debreando-se o veículo, posicionando-se o câmbio em posição neutra (nenhumamarcha acoplada), acelerando-se o motor para que sua rotação aumentemomentaneamente, embreando-se o veículo fazendo com que a parte receptora gire, agora,com uma rotação igual à do motor (acelerado) dividida pela relação de transmissão primáriada caixa, e, embreando-se novamente o veículo efetuar a mudança desejada.Este procedimento é mais moroso e fatigoso para o operador, particularmente paramotoristas profissionais. Além disso, aumenta o consumo de combustível e os tempos deaceleração do veículo. Figura 129: Esquema de caixa de câmbio por engrenamento constante. Figura 130: Caixa de câmbio mista. 111
  • 112. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 131: Caixa de câmbio continuamente engrenada, exceto a primeira marcha. Figura 132: Mecanismos de seleção de marcha. 112
  • 113. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 133: A selector fork / Ball-type.4.1.3 Caixas de transmissão por engrenamento constante sincronizada As caixas de câmbio com engrenamento constante sincronizadas dispõem demecanismos sincronizadores que equalizam as velocidades dos componentes a acoplar.Estes mecanismos constituem-se basicamente em pequenas embreagens cônicasinterpostas entre as partes a serem acopladas. Durante o movimento da parte móvel,impulsionada através da alavanca de mudanças, esta embreagem é progressivamenteacionada freando ou acelerando a parte receptora, já que está ligada à parte móvel. Esteprocedimento permite um acoplamento suave e confortável, otimizando o desempenho doveículo. As engrenagens apresentam, também, acoplamentos de dentes como nas caixasnão sincronizadas. Todos os mecanismos de sincronização apresentam embreagens cônicas acionadaspelo garfo seletor através de luvas de engate. As superfícies das embreagens cônicas, naversão, mais simples, são superfícies cônicas das próprias engrenagens e da luva deengate. Nos sistemas mais elaborados estas superfícies são postiças, podendo sersubstituídas quando desgastadas, não comprometendo a vida útil das engrenagens. Ainda,os cones postiços podem ser duplos, aumentando a área de contato em três vezes,minimizando os esforços de sincronização e, também, tempos de sincronização. Figura 134: Mecanismos de sincronização de carga constante, podendo ser aplicados externa ou internamente às engrenagens a sincronizar. 113
  • 114. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 135: Mecanismo de sincronização tipo "baulk”; (Vauxhall Motors).Figura 136: Mecanismo sincronizador com anéis sincronizadores postiços. 114
  • 115. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 137: Mecanismo sincronizador com cone duplo postiço (Smiths Industries). Figura 138: Mecanismo sincronizador com cone duplo postiço (ZF D-series). Figura 139: Mecanismo de sincronização Porsche. 115
  • 116. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 140: Mecanismo de sincronização Scania: 1. Engrenagem; 2. Luva acionadora; 3. Luva de engate; 4. Engrenagem; Sistema de travamento - marcha engatada 116
  • 117. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin4.1.4 Caixas de transmissão direta e indireta Uma caixa de câmbio pode ser construída com 2 ou 3 eixos. As caixas com 3 eixossão ditas caixas com marcha direta; as caixas com 2 eixos são ditas caixas totalmenteindireta. Nas caixas com 3 eixos cada relação de transmissão é constituída de duas relaçõesde transmissão intermediárias. A primeira relação de transmissão intermediária é aquelaentre o eixo de acionamento da caixa de câmbio, denominado de eixo primário, ligadodiretamente ao motor do veículo, e o eixo intermediário. Esta é a relação de transmissãoprimária da caixa. O eixo intermediário é construído normalmente em uma única peça, emcaixas de câmbio menores, onde estão presentes a engrenagem da relação primária e asengrenagens que compõem os demais pares cinemáticos correspondentes às marchasdisponíveis, exceto uma marcha. Esta marcha, normalmente, é a última e mais longa(menos reduzida). Mesmo que não seja a última sempre apresenta relação de transmissãounitária (1:1) e por isso é dita "marcha direta". A segunda relação de transmissãointermediária é aquela entre uma das engrenagens do eixo intermediário e a engrenagem aela acoplada, montada no eixo de saída da caixa de câmbio, denominado de eixosecundário. No eixo secundário são montadas as engrenagens que se acoplam àsengrenagens constituintes do eixo intermediário. A relação de transmissão de cada marcha,então, é o produto da relação de transmissão primária com a relação de transmissão entre oeixo intermediário e o eixo secundário, para cada marcha. Os mecanismos de acoplamentosincronizados são instalados junto às engrenagens montada em mancais, normalmente noeixo secundário. Porém, é possível, em algumas caixas mais complexas, instalar algumasengrenagens e seus respectivos mecanismos de sincronização no eixo intermediário eoutras no eixo secundário. Este tipo construtivo permite a produção de caixas mais robustas, com melhordistribuição de carga. A marcha direta é obtida pelo acoplamento, também através desistemas de sincronização, entre o eixo primário e o eixo secundário diretamente. Ou seja,neste caso os dois eixos tomam-se apenas um do ponto de vista dos esforços de torção.Como não há nenhum engrenamento entre eles para a transmissão de potência, orendimento da marcha direta é maior que o rendimento das demais marchas que empregamengrenagens para a transmissão de potência entre o eixo primário e o eixo secundário. O rendimento de uma marcha indireta é de η = 0,85 a 0,90. Na marcha direta orendimento é de η = 0,9 a 0,93. É possível a construção de uma caixa de câmbio de 3 eixosonde todas as marchas sejam indiretas, não sendo, porém, razoável porque abdica-se doganho em função do melhor rendimento na marcha direta. Nas caixas com 2 eixos todas as relações de transmissão das marchas são aspróprias relações de transmissão dos pares de engrenagens que as constituem. Estes paresde engrenagens estão montados entre os eixos primário e secundário da caixa. Não há oeixo intermediário. Nas caixas com 2 eixos as engrenagens montadas sobre mancais podemocorrer em ambos os eixos. Normalmente são aplicadas em sistema de tração onde a caixaé acoplada diretamente ao motor e ao eixo motriz, em configurações com power-traintotalmente traseiro ou dianteiro. Permite caixas com menos componentes, porém todas asmarchas são indiretas, com rendimento de η = 0,85 a 0,90. Para que se tenha uma relaçãode transmissão de 1:1 em uma caixa totalmente indireta seria necessário que as duasengrenagens do par cinemático fossem iguais. Em um engrenamento uma relação detransmissão obtida por um número inteiro é indesejável porque impede a distribuição dodesgaste dos dentes por igual. Portanto, caixas de 2 eixos são , atualmente, empregadas em veículos com traçãodianteira. Caixas com 3 eixos são comuns em veículos comerciais e utilitários, e em alguns 117
  • 118. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippinveículos de competição, já que o rendimento na marcha direta é maior possibilitando melhordesempenho. Figura 141: Caixa de câmbio totalmente indireta de quatro marchas com a redução final do eixo motriz acoplada diretamente no eixo secundário da caixa. Figura 142: Caixa de câmbio de veículo de passageiros com 5 velocidades, com marcha direta (ZF Synchroma S5-31). 1 – Eixo de entrada; 2 – Eixo secundário; 3 – Haste de acionamento; 4 – Eixo intermediário; 5 – Eixo de saída.4.1.5 Caixa de transmissão com eixos intermediários opostos São caixas de câmbio com dois eixos intermediários opostos engrenando-se com oum único eixo principal e um único eixo secundário. Desse modo o torque transmitido entreestes eixos fica dividido, permitindo engrenagens mais esbeltas. Ainda, como asengrenagens normalmente apresentam dentes inclinados, gerando uma componente decarga na direção axial, não produtiva, as componentes axiais produzidas por cada eixointermediário terão sentidos contrários, anulando-se. Isto ocorre porque os dois eixosintermediários giram em direções opostas. Neste caso os mecanismos de seleção esincronismo são montados somente no eixo secundário. 118
  • 119. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 143: Caixa de câmbio com eixos intermediários opostos (Fuller).Figura 144: Caixa de câmbio com eixos intermediários opostos (Rockwell). 119
  • 120. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin4.1.6 Caixa de transmissão epicíclica As caixas de transmissão epicíclicas são transmissões onde os eixos de entrada e desaída são concêntricos. É uma construção compacta, porém mais complexa, usualmenteempregada em transmissões auxiliares de caminhões e tratores, sistema diferencial,redução em cubos de roda em caminhões e tratores e caixas de transmissão automáticas. Uma transmissão epicíclica é constituída por uma engrenagem com dentes internosdenominada de coroa, uma engrenagem com dentes externos denominada de engrenagemsolar, um conjunto de engrenagens com dentes externos denominadas de engrenagensplanetárias e de uma estrutura onde são montadas as engrenagens planetárias denominadade estrela (ou braço). Esta concepção construtiva permite quatro alternativas de relação detransmissão conforme o componente que mantido solidário à carcaça do redutor. Têm-se,portanto, os seguintes tipos de redução:1) Tipo Estrela: nesta configuração o componente fixo é a estrela, sendo que asengrenagens solar e planetária giram em sentidos contrários. Proporciona a marcha à ré emuma caixa de câmbio automática. Sendo z o número de dentes de cada engrenagem,relação de transmissão fica definida como z coroa i = − z solar2) Tipo Planetária: neste caso o componente fixo é a coroa, sendo que as engrenagenssolar e planetária giram no mesmo sentido. É a configuração da marcha lenta de um gruporedutor auxiliar, ou da primeira marcha em uma caixa de câmbio automática. A relação detransmissão fica definida como: 120
  • 121. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin z coroa i = 1+ z satélite3) Tipo solar: aqui o componente fixo é a engrenagem solar, com a coroa e a estrelagirando no mesmo sentido. Proporciona a Segunda marcha de uma caixa de câmbioautomática. A relação de transmissão fica definida como: z satélitei = 1+ z coroa4) Tipo Direto: no tipo direto dois componentes, entre coroa, estrela e solar, sãoacoplados, de modo que o conjunto torna-se "rígido". Fornece a marcha rápida de umgrupo redutor auxiliar ou a terceira marcha de uma caixa de câmbio automática. É umamarcha direta, apresentando rendimento superior ao das demais marchas. Isto justifica aescolha deste tipo de transmissão como auxiliar em relação à uma caixa de câmbioprincipal. A relação de transmissão é unitária,i = 1. Como qualquer engrenamento, as transmissões epicíclicas apresentam algumascondições de projeto que devem ser mantidas e levadas em consideração quando dodimensionamento de um redutor epicicloidal:• Adequação das distâncias entre centros z coroa = z satélite + 2 ⋅ z planetária• Engrenagens com número inteiro de dentes z satélite + z planetária ∈ N jOnde j é o número de planetárias do conjunto. 121
  • 122. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin• Controle de interferência nos engrenamentos z planetária + 2 〈 (z satélite + z planetária )⋅ sen 180º j Figura 145: Esquema de funcionamento de uma transmissão epicicloidal.4.1.7 Caixa de transmissão automática As caixas de transmissão automáticas proporcionam a mudança de marcha demaneira automática, sem a necessidade de intervenção do operador. A seleção damarcha a ser empregada em cada instante é feita, basicamente, em função da velocidadedo veículo, da rotação do motor e da posição do acelerador do motor. Os mecanismosempregados nas caixas automáticas são os engrenamentos epicicloidais, isoladamenteou um conjunto deles, conforme o número de marchas que for necessário para a caixa decâmbio. Algumas caixas empregam transmissões em conjunto com outros tipos deengrenamentos. O acoplamento do motor com a caixa automática é feito através de umconversor de torque. 122
  • 123. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 146: Transmissão automática para caminhões, ônibus e veículos especiais com retarder integrado (ZF Ecomat 5 HP 500). 1 Conversor de torque hidrodinâmico com lock-up; 2 Retarder hidrodinâmico; 3 Conjunto planetário com 5 velocidades; 4 Bomba de óleo; 5 Controle da transmissão. As caixas de transmissão automáticas têm algumas vantagens em relação àscaixas "mecânicas". Estas vantagens podem ser assim descritas: • Melhor seleção torque / carga • Aplica potência de maneira suave • Protege motor / equipamento de sobrecargas • Aumenta a vida útil • Absorve variações entre motores em instalações múltiplas • Diminui a fadiga operacional • Melhora a tração na partida Há dois tipos básicos de caixas automáticas: as caixas epicicloidais (AIlison, ZF,Borg-Warner, etc.) e as caixas convencionais servo-controladas (Eaton Fuller, AP, etc.).Nas caixas epicicloidais a seleção das marchas é feita pelo bloqueio de componentes doconjunto, ou componentes dos conjuntos quando mais de um, do trem epicicloidal. Estebloqueio é feito por freios e embreagens de fricção acionados por sistemas hidráulicoscontrolados por servo-válvulas. Pode ocorrer, também, o corte de ignição ou de injeção domotor durante mudanças. O controle pode ser hidráulico, eletrônico ou eletro / hidráulico.O consumo de combustível tende a aumentar com o emprego de transmissõesautomáticas, em função, principalmente, das perdas por aquecimento no conversor detorque. Entretanto, novas configurações estão em testes, para aplicação também emveículos com motores pequenos - em tomo de 1 litro - com maior número de marchas,para melhorar os índices de consumo. 123
  • 124. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 147: Caixa de câmbio automática Borg-Wamer 65. Nas caixas convencionais servo-controladas os mecanismos são os mesmos de umacaixa de câmbio manual. Apenas o acionamento dos elementos de mudança, que é feitoatravés da alavanca de mudanças na caixa manual, é feito por atuadores pneumáticos,elétricos ou hidráulicos. O sistema de controle dos atuadores é da mesma forma que nascaixas automáticas epicicloidais. 124
  • 125. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 148: Caixa de câmbio convencional com acionamento automático. Os sistemas de acionamento, normalmente hidráulicos ou pneumáticos, com controleeletrônico, são constituídos de um conjunto de válvulas e atuadores para bloquear ou liberarembreagens e freios de fricção. Estes, por sua vez, bloqueiam alguns elementos dos trensepicicloidais proporcionando as diferentes relações de transmissão necessárias ao movimentodo veículo. Os sistemas de controle mais sofisticados, como o sistema Tiptronic, gerência astrocas de marcha em função de mais de um programa pré-definido a escolha do usuário. Alémde coletar as informações sobre a posição da alavanca seletora, a posição do acelerador, arotação do motor, a rotação da turbina do conversor de torque, a redução do eixo detransmissão, a carga, o seletor de programa (quando existir), a posição do kickdown switch -chave indicadora de fim de curso do pedal do acelerador, forçando reduções de marcha -, podeacumular informações como a aceleração lateral e frontal, a velocidade de acionamento doacelerador e da atuação do pedal de freio, simulando as características de condução domotorista. 125
  • 126. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 149: Caixa de câmbio convencional com acionamento automático. Figura 150: Motor e caixa de câmbio convencional de motocicleta. 126
  • 127. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 151: Caixa de câmbio automática.Figura 152: Diagrama de processo de estratégias de mudança de marcha no câmbio Tiptronic. 127
  • 128. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 153: Diagrama de desempenho da caixa de câmbio automática de 5 velocidades ZF 5 HP 18. 128
  • 129. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 154: Sistema de controle da caixa de câmbio automática AP. Figura 155: Sistema de controle eletrônico de transmissão. 129
  • 130. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 156: Esquema da caixa de câmbio automática ZF 5 e ZF 6 HP 5000. 130
  • 131. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin4.2 Transmissões Auxiliares As transmissões auxiliares são caixas de engrenagens mais simples, normalmenteapresentando duas opções de velocidade, aplicadas em série com a caixa de câmbio doveículo. A aplicação em série pode ser antes ou depois da caixa principal. Ocorre emcaminhões, particularmente os pesados e extra-pesados, veículos off-road e em tratores. Quando uma transmissão auxiliar é aplicada em série depois da caixa principal, édenominada usualmente de grupo redutor, proporcionando marchas lentas e marchas rápidas.Ou seja, quando na transmissão auxiliar foi selecionada a opção de redução todas as relaçõesde transmissão da caixa principal ficam amplificadas pela relação de transmissão do gruporedutor - são as marchas lentas (maior redução). Quando na transmissão auxiliar não éselecionada a opção de redução - geralmente não há uma opção de amplificação, restandoreduzir mais ou transmitir diretamente ao eixo motriz - as relações de transmissão da caixaprincipal são mantidas - são as marchas rápidas (menor redução). É possível intercalar marchaslentas e rápidas, ora acionando ora não acionando o grupo redutor. Um grupo redutor pode seraplicado tanto em caixas de câmbio com marcha direta como em caixas com marchastotalmente indiretas. Quando uma transmissão auxiliar é aplicada em série antes da caixa principal, édenominada usualmente de conjunto splitter. Um conjunto splitter consiste na opção de duasrelações primárias na caixa de câmbio, proporcionando marchas altas e baixas. Portanto,somente se aplica a caixas de câmbio de 3 eixos. Ou seja, quando na transmissão auxiliar forselecionada a relação de transmissão primária de maior valor obtêm-se as marchas baixas - demaior redução. Quando na transmissão auxiliar for selecionada a relação de transmissãoprimária de menor valor obtêm-se as marchas altas - de menor redução. A intercalação demarchas altas e baixas é menos flexível em relação a um grupo redutor, em função dosmecanismos de seleção necessários. É comum a aplicação de um conjunto splitter associado aum grupo redutor em uma caixa principal. Dessa forma consegue-se multiplicar por 4 o númerode relações de transmissão possível com a caixa principal. Essa é a principal vantagem dastransmissões auxiliares: permite maior número de relações de transmissão com construçõesmenos complexas da caixa de câmbio principal. Em função do serviço previsto pode-se escolher o spread - razão entre relações detransmissão de marchas consecutivas - de uma caixa de câmbio. Por exemplo, em uso urbanoou off-highway escolhe-se um escalonamento pequeno em marchas mais reduzidas. Em usorodoviário escolhe-se um escalonamento pequeno em marchas menos reduzidas. Figura 157: Caixa de câmbio SCANIA com 10 marchas (5 x 2) empregando grupo redutor. 1 - Árvore principal; 2 -Caixa de mudanças principal; 3 - Seção planetária; 4 - Árvore de saída. 131
  • 132. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin1 Eixo primário; 2 Sistema de comutação; 3 Eixo secundário; 4 Haste de comutação; 5 Conjuntoplanetário; 6 Eixo de saída; 7 Eixo intermediário; 8 retarder hidrodinâmico integrado; A GrupoSplitter; B Grupo principal; C Grupo de reduzida. Figura 158: Caixa de câmbio ZF - VOLVO, Mercedes-Benz - com 16 marchas (2x4x2) empregando splitter e grupo redutor e integral retarder (ZF-16 S 220 Ecosplit). Tabela 3: Relações de transmissão da caixa ZF-16 S 220. Torque 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª Ré (Nm) Low High Low High Low High Low High Low High Low High Low High Low High Low High 2200 16,4713,79 11,32 9,48 7,79 6,52 5,48 4,58 3,59 3,01 2,47 2,07 1,70 1,42 1,20 1,00 13,3211,15 2300 13,8011,55 9,59 8,02 6,81 5,70 4,58 3,84 3,01 2,52 2,09 1,75 1,49 1,24 1,00 0,84 12,2310,24SR 1700/1900C - Alojamento da embreagem S - Grupo desmultiplicador B - Caixa básica R - Grupo redutor Figura 159: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor. 132
  • 133. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 160: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor.Figura 161: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor. 133
  • 134. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 162: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor. 134
  • 135. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 163: 1 Árvore secundária; 2 Engrenagem solar; 3 Porta-planetárias; 4 Rolamento de agulhas; 5 Engrenagem planetária; 6 Coroa; 7 Disco de acionamento; 8 Cubo de sincronização; 9 Dispositivo de sincronização; 10 Luva de engate; 11 Árvore de saída; 12 Engrenagem acionadora; 13 Rolamento de esferas; 14 Sensor de velocidade; 15 Acionamento do velocímetro; 16 Flange de acoplamento. 135
  • 136. Figura 164: Acionamento de grupos redutores planetários.4.3 Conversores de Torque O conversor de torque é uma evolução da embreagem hidráulica. Permite oacoplamento entre o motor e o câmbio de forma suave e progressiva como naembreagem hidráulica. Além disso, promove uma amplificação do torque transmitido domotor ao câmbio com relações de amplificação variáveis de um máximo até a unidade.Um conversor de torque é composto de três componentes: um rotor (bomba) ligado aomotor, um rotor (turbina) ligado ao eixo propulsor e um rotor (estator) fixo sobre uma rodalivre. Todos os rotores, como acontece na embreagem hidráulica, trabalham imersos emóleo específico para a função. A transmissão de força entre rotores ocorre poracoplamento fluido. O funcionamento pode ser descrito em três situações diferentes: • Baixa rotação do motor: a bomba aplica sobre o óleo força centrífuga insuficiente para girar a turbina; • Média rotação média: a bomba acelera e impele o óleo contra a turbina, fazendo-a girar. O estator redireciona o óleo para o rotor, auxiliando-o, promovendo a multiplicação do torque. A multiplicação de torque diminui à medida que a turbina adquire rotação. O estator está montado sobre um roda livre que o impede de girar no sentido contrário; • Alta rotação do motor: quando a rotação da turbina se aproxima da rotação da bomba o óleo atinge o verso das palhetas do estator, fazendo-o girar na mesma direção da turbina e do rotor. O conjunto torna-se uma embreagem hidráulica. Da mesma forma que na embreagem hidráulica, ocorre uma perda no conversor.Para evitar esta perda há o bloqueio do conversor através de uma embreagem de fricçãoque acopla a bomba à turbina, em altas rotações, eliminando a perda por "slip".
  • 137. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 165: Conversor de torque hidrodinâmico com lockup. 1- Lockup; 2 – Turbina; 3 - Bomba; 4 – Estator; 5 – Roda livre. Figura 166: Conversor de torque Trilok (curva de desempenho típica para veículo de passageiros). Figura 167: Conversor de torque. 137
  • 138. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 168: Conversor de torque Allison. 138
  • 139. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin4.4 Transmissões Continuamente Variáveis As transmissões continuamente variáveis podem converter cada ponto da curva deoperação do motor em um ponto próprio de operação. As vantagens sobre astransmissões convencionais - com variação discreta de relação de transmissão - está namelhor performance com maior economia de combustível e na menor emissão depoluentes já que o motor trabalha na faixa de melhor desempenho. As transmissões continuamente variáveis (CVT) podem operar mecanicamenteatravés de correia ou rodas de atrito, hidraulicamente ou eletricamente. As transmissõescontinuamente variáveis de maior avanço tecnológico empregam correias metálicasconstruídas com ligas especiais para minimizar o desgaste. Normalmente montadas emveículos com tração dianteira e motor transversal. Os principais componentes são: • Acoplamento do motor com a transmissão - embreagem hidráulica ou elétrica, conversor de torque; • Polias cônicos ajustáveis axialmente; • Correia de transmissão; • Controle eletrônico-hidráulico (centrífugo em aplicações mais simples); • Modo reverso (marcha à ré); • Redução final com diferencial. Ainda não é um tipo de transmissão empregada em grande escala comercial,apresentando algumas desvantagens como o tamanho, faixa de trabalho, custos deprodução, eficiência da transmissão e a faixa de potência aplicável. As transmissões porCVT foram aplicadas em veículos Triumph Dolomite e Leyland Temer com rodas de atrito,e em veículos Daf, Volvo, Fiat Uno, Fiat Strada, Ford Fiesta e Ford C7X 811 com poliascônicas e correrias metálicas. Figura 169: Transmissão continuamente variável do Ford CTX 811. 139
  • 140. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 170: Transmissão Variomatic com correia (CVT).Figura 171: Transmissão Variomatic Van Doorne (CVT). 140
  • 141. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 172: Transmissão continuamente variável por polias cônicas e correia metálica. Figura 173: Transmissão continuamente variável por rodas de atrito. 141
  • 142. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin5 EIXO MOTRIZ O eixo motriz é o eixo que transmite as forças de tração para o piso, fazendo comque o veículo se mova nas condições de força e velocidade proporcionais aos valores detorque do motor e das resistências que opõem ao movimento. A relação de transmissão total entre motor e piso é o produto de cada redução fixana caixa de transmissão pela transmissão intermediária (em aplicações mais severas –caminhões, 4x4), pela redução final do eixo motriz, pela redução nos cubos (se houver) epelo braço de alavanca com dimensão igual ao raio do conjunto roda e pneu. A reduçãofinal fica localizada, normalmente, no eixo motriz, incorporando o sistema diferencial, deonde partem os semi-eixos que acionam as rodas. Com a redução final diminui-se o torque na caixa de transmissão possibilitando aconstrução de caixas com menor peso, menor volume e, conseqüentemente, menorcusto. Ainda, permite maior flexibilidade para o trem motriz, em termos das possibilidadesde combinação entre caixas de câmbio e eixos motrizes, proporcionando uma gamarazoável de veículos semelhantes mas com características diferentes. Como o torque desaída da caixa é menor em relação ao torque necessário nas rodas, os elementos deligação entre caixa e eixo motriz (eixo cardan, corrente) podem ser mais esbeltos,diminuindo as forças de inércia envolvidas.5.1 Tipos A redução final normalmente é constituída por engrenamentos – em automóveis,caminhões, tratores e máquinas agrícolas, alguns modelos de motocicletas, etc. – e portransmissão por corrente ou correia – motocicletas, veículos de serviço interno, etc.Quanto aos tipos por engrenamento, pode-se citar: • Por engrenamento cônico hipoidal – normalmente em veículos com motor longitudinal, tanto com tração traseira quanto dianteira, apresentando rendimento da ordem de η = 0,90; • Por engrenamento cilíndrico helicoidal – normalmente em veículos com motor transversal e tração dianteira. Apresentando rendimento da ordem de η = 0,97; • Por parafuso sem-fim e coroa – em desuso (veículos até 30’s) apresentando baixo rendimento.5.2 Velocidade A velocidade do veículo, levando-se em conta os valores das relações detransmissão e das dimensões das rodas, em função da rotação do motor fica: C ⋅ n ,onde:v = 0 , 006 (1 − s ) im ⋅ icn = rotação do motor (rpm)im = relação de transmissão do eixo motrizic = relação de transmissão da caixa, conforme a marcha engrenada (incluindo atransmissão auxiliar, se for o caso)s = fator de escorregamento, dado por 142
  • 143. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin v − v r , onde:s= vv = velocidade do veículo (km/h)vr = velocidade circunferencial da roda (km/h)C = circunferência dinâmica da roda (m) (nas condições reais), dada por:C = C s ⋅ (1 + 0 ,01 ⋅ k v ) , onde:Cs = circunferência estática da roda (m), a 60 km/h e com pressão interna de 1,8 bar(automóveis)Kv = fator de velocidade, conforme a tabela abaixo: Tabela 4: Fator de velocidade. V (km/h) Kv Desvio padrão de Kv 60 0 - 90 0,1 ± 0,1 120 0,2 ± 0,2 150 0,4 ± 0,4 180 0,7 ± 0,7 210 1,1 ± 1,1 240 1,6 ± 1,6Para um veículo leve, com caixa de transmissão de cinco marchas, podem-se assumir osseguintes valores para s:1ª marcha 0,082ª marcha 0,0653ª marcha 0,054ª marcha 0,0355ª marcha 0,025.3 Configurações As configurações mais comuns para eixos motrizes são as seguintes: • Eixo motriz com simples redução; • Eixo motriz com dupla redução; • Eixo motriz com redução nos cubos; • Eixo motriz com dupla redução com dupla velocidade.5.3.1 Eixo motriz com simples redução O eixo motriz com simples redução é o mais comum, tanto em aplicações levesquanto pesadas, apresentando apenas um valor fixo para a relação de transmissão final.A redução final é obtida por um engrenamento cônico espiral ou hipoidal, ou, ainda,cilíndrico de dentes inclinados. Valores típicos para reduções estão entre 2,5 até 7,2 : 1. Éa configuração mais simples e econômica. Praticamente 100% dos veículos de passeioapresentam esta configuração. Quanto à suspensão, é possível a construção com eixorígido ou suspensão independente, de qualquer tipo. 143
  • 144. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 174: Redução simples por engrenamento cônico hipoidal.5.3.2 Eixo motriz com dupla redução Um eixo motriz com dupla redução permite maiores reduções finais, já que esta ocorreem dois estágios. Tem como aplicação veículos pesados, onde grande capacidade detração é exigida. Apresenta redução de até 10:1. Pode ser construído de diversasmaneiras e configurações, como segue: • Por engrenamento cônico, tanto espiral quanto hipoidal em série com um engrenamento cilíndrico espiral; • Por engrenamento cônico, espiral ou hipoidal, em série com um engrenamento epicicloidal; • Melhora o rendimento da redução final quando esta é grande, assim como permite engrenagens mais robustas.Os arranjos para a combinação das duas reduções com o sistema diferencial são osseguintes: • Engrenamento cônico + Engrenamento cilíndrico simples com diferencial – mais simples. • Engrenamento cônico com diferencial + Engrenamento cilíndrico duplo – diferencial mais esbelto, mais caro (duplo engrenamento cilíndrico) • Engrenamento cilíndrico + Engrenamento cônico com diferencial – eixo de entrada mais elevado • Engrenamento cônico com diferencial + Engrenamento Epicicloidal duplo – diferencial mais esbelto, mais caro; • Engrenamento cônico + Engrenamento Epicicloidal simples com diferencial – mais compacto • Engrenamento por parafuso sem-fim + Engrenamento Epicicloidal duplo com diferencial. 144
  • 145. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 175: Dupla redução por engrenamento cilíndrico + engrenamento cônico.Figura 176: Dupla redução por parafuso sem-fim + engrenamento epicicloidal (Kirkstall).Figura 177: Dupla redução por engrenamento cônico + duplo engrenamento cilíndrico. 145
  • 146. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 178: Dupla redução por engrenamento cônico + engrenamento epicicloidal duplo. Figura 179: Dupla redução por engrenamento cônico + engrenamento cilíndrico.5.3.3 Eixo motriz com redução nos cubos Um eixo motriz com redução nos cubos também é um eixo com dupla redução. Asegunda redução acontece nos cubos das rodas motrizes, geralmente através de umengrenamento epicicloidal. A aplicação é em veículos pesados, como caminhões etratores. A principal vantagem é a diminuição do diâmetro dos semi-eixos, em função domenor torque transmitido por eles, já que o torque final total será obtido após a reduçãonos cubos. Logo, a dupla redução pode ser obtida com um acionamento convencional doeixo traseiro (simples redução). Os arranjos mais comuns são por engrenamento cilíndricoconvencional no cubo, por engrenamento cônico no cubo e por engrenamento epicicloidalno cubo. Em alguns tratores uma redução epicicloidal ocorre nos semi-eixos, porém nãoexatamente nos cubos de rodas. É uma dupla redução com a segunda reduçãointermediária entre o diferencial e o cubo de roda. Figura 180: Redução nos cubos por engrenamento cilíndrico.1 – Conjunto planetário; 2 – Bloqueio de diferencial; 3 – Diferencial; 4 – Acionamento final. 146
  • 147. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 181: Redução nos cubos por engrenamento epicicloidal. Figura 182: Redução nos cubos por engrenamento cônico.5.3.4 Eixo motriz de dupla redução com dupla velocidade Um eixo motriz de dupla redução com dupla velocidade é um eixo motriz com aopção da combinação de um estágio de redução com duas possibilidades de redução nooutro estágio, proporcionando duas velocidades para os semi-eixos, conforme a opçãoescolhida. O acoplamento é realizado através sistemas de sincronização, sendoacionados mecanicamente, pneumaticamente ou hidraulicamente. Portanto, a duplaredução no eixo motriz duplica o número de marchas da transmissão, substituindo umatransmissão auxiliar com essa função e empregando uma caixa de transmissão maissimples. A construção mais comum é a que emprega um engrenamento cônico associadoa um engrenamento cilíndrico helicoidal com diferencial. Assim como ocorre na combinação de uma caixa de câmbio com uma transmissãoauxiliar, a combinação de uma caixa de câmbio com um eixo motriz de dupla velocidadeproporciona uma ampliação da gama de opções de relações de transmissão disponíveispara o veículo. Dependendo da relação entre a marcha mais curta (mais reduzida) e damarcha mais longa (menos reduzida ou normal) da transmissão auxiliar ou do eixo motriz– denominada de spread – tem-se configurações com aplicação distinta. Transmissõesauxiliares ou eixos motrizes com menor spread proporcionam marchas mais próximas,oferecendo um conjunto final com menor spread, onde a seqüência de mudança demarchas, empregando todas as disponíveis, seria 1L1H2L2H ... 5L5H ..., onde L indicamarcha reduzida (Low) e H representa marcha normal (High). Transmissões auxiliares oueixos motrizes com maior spread proporcionam marchas menos próximas, oferecendo umconjunto final com maior spread, onde a seqüência de mudança de marchas, empregandotodas as disponíveis, seria 1L2L3L ... 5L... / 1H2H ... 5H ..., onde L indica marcha reduzida(Low) e H representa marcha normal (High). Normalmente uma transmissão auxiliarapresenta pequeno spread enquanto um eixo motriz com dupla velocidade apresentaspread maior. Uma transmissão auxiliar pode facilmente ser acionada, como ocorre emconjuntos com pequeno spread. Um eixo motriz com dupla redução é de acionamentomenos rápido, sendo, portanto, acionado apenas na mudança de marchas altas paramarchas baixas. Logo, um eixo motriz de dupla velocidade é empregado em usopreferencialmente off-highway enquanto que as transmissões auxiliares em uso on-highway. 147
  • 148. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 183: Dupla redução com dupla velocidade.Figura 184: Eixo motriz de caminhão pesado com redução nos cubos por engrenamento epicicloidal. Figura 185: Carcaças de eixos motrizes. 148
  • 149. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 186: Esquema de eixo motriz com diferencial.5.4 Diferencial O diferencial é um mecanismo que permite a compensação da diferença derotação entre as rodas de um mesmo eixo durante trajetórias curvas, e entre os eixosmotrizes em veículos com mais de um eixo motriz. Foi criado em 1827 por Pecquer.Como os raios das trajetórias das rodas de um eixo diferem entre si, faz-se necessárioajustar a velocidade de cada roda para que o veículo apresente um trajetória médiaconsistente e o trem motriz não sofra esforços desnecessários. Em pisos com poucaaderência essa diferença de velocidade pode ser compensada com o deslizamento daroda mais rápida. Porém, dessa forma, a trajetória, a aderência e a estabilidade ficamcomprometidas. Uma alternativa ao uso seria a tração em uma única roda – como noprimeiro veículo Benz e no GM SunRaycer. Em um eixo motriz sem diferencial ocorreria um deslizamento entre o pneus e apista de magnitude ∆v. Com o emprego do diferencial esta diferença de velocidade éabsorvida como movimento de corpo rígido de todo o conjunto diferencial, que gira emrelação aos semi-eixos. Dessa forma ocorre uma distribuição igual de torque entre asrodas do eixo motriz proporcional à menor resistência ao deslizamento, e a distribuição develocidades entre as rodas do eixo motriz de modo que a velocidade do veículo é igual àmédia entre as velocidades das rodas. 149
  • 150. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin ve vi Ri Rm Re t R e − R i t ∆ v = = R i R i O torque máximo que se pode fornecer ao uma roda motriz é função dacapacidade de aderência desta ao piso, de forma que o torque aplicado possa sertraduzido em força longitudinal ao veículo, para movê-lo sobre a pista. Quando a rodadesliza sobre piso de pouca aderência – lama, areia – o torque absorvível é muitopequeno. Como o diferencial propicia a distribuição de torque de forma igual entre asduas rodas, se uma roda estiver deslizando sobre o piso e a outra estiver sobre pistafirme, esta receberá o mesmo torque absorvível pela outra. Logo, o veículo fica imóvel.Assim que a roda que deslizava consegue alguma aderência o torque absorvível por elaaumentará. Se o novo valor de torque, agora, for capaz de superar as resistências aomovimento, o veículo se moverá, tracionado pela roda em piso firme que recebeu esteacréscimo de torque. Portanto, o diferencial fornece torque às rodas no valor máximo quea roda com menor aderência pode absorver, igualitariamente às duas rodas. Isso tambémocorre entre eixos de veículos com tração integral. Nos veículos 4 × 4 – não integral –cada eixo recebe sempre metade do torque disponibilizado pelo motor. Entre o diferenciale o piso há a roda, os semi-eixos e os mancais destes. Logo, o torque transmitido pelodiferencial será igual ao torque absorvível pelo contato pneu – pista adicionado do torquenecessário para vencer os atritos internos do próprio eixo. Então: Torque transmitido =torque de tração + torque do atrito interno. E com uma roda deslizando sem tração:Torque transmitido = torque do atrito interno. Portanto, quanto maior for o atrito interno doconjunto maior será o torque transmitido para a roda sobre piso firme quando uma estiverdeslizando sem tração. Este é o princípio de funcionamento dos sistemas de bloqueioautomático de diferencial – os diferenciais autoblocantes. Portanto, têm-se três situações:a situação limite com diferencial aberto, a situação limite sem diferencial e a situaçãointermediária com diferencial autoblocante. 150
  • 151. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Eixo bloqueado Autoblocante Diferencial aberto - máxima tração - melhor tração - tração depende do menor - nenhuma compensação - ótima compensação deslizamento entre rodas em curvas em curvas - máxima compensação em curvaO mecanismo do diferencial é um engrenamento que podendo ser um diferencial cônico,um diferencial por engrenagens cilíndricas, um diferencial ZF ou com engrenamentoepicicloidal. Figura 187: Sistema diferencial.5.4.1 Diferencial aberto O diferencial aberto é o de emprego mais comum, na grande maioria dos veículosde passeio e comerciais leves. Proporciona uma distribuição igualitária de torque entrerodas do eixo motriz. O atrito interno gerado é proveniente do engrenamento, pinos, erolamentos, e do atrito viscoso devido à agitação do lubrificante. Por ser aberto, semopção de travamento, a força de tração fica limitada pela da roda com menor aderência.Permite construções com distribuição desigual de torque, por exemplo, no diferencialcentral em sistemas de tração integral. A dirigibilidade é excelente devido à perfeitacompensação de velocidades em curvas. Pode ser construído por engrenamento cônico,que é o caso mais comum, como por engrenamento epicicloidal. Ë possível obter-serotações diferentes em cada semi-eixo de saída de um diferencial, dependendo dasrelações de transmissão dos engrenamentos que o compõem. Figura 188: Esquemas de diferencial aberto. 151
  • 152. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 189: Diferencial aberto por engrenamento cônico e por engrenamento epicicloidal.Figura 190: Diferencial aberto por engrenamento epicicloidal com distribuição desigual de torque e velocidade entre os semi-eixos. 152
  • 153. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 191: Diferencial aberto com engrenagens cônicas.5.4.2 Eixo bloqueado Em um eixo bloqueado, ou seja, sem diferencial, a distribuição de torque dependedas características dos pneus (não-lineares), da aderência dos pneus com a pista. Éadequado para pisos constantemente com pouca aderência operando a baixa velocidade.A força de tração é limitada pela soma das capacidades de aderência dos pneus. Adirigibilidade é ruim devido ao arraste dos pneus sobre a pista durante a execução detrajetórias curvas. Ao se efetuar o bloqueio total do diferencial, se apenas uma das rodasestiver com tração sobre o solo 100% da carga será transmitida para apenas essa roda,podendo acarretar em sobrecarrega para o semi-eixo, exigindo-se maior atenção na suaaplicação. O bloqueio total do eixo pode ser efetuado acoplando-se uma das engrenagensplanetárias do diferencial ou um semi-eixo à carcaça, como pode ser visto na Figura xxx.O mecanismo de acionamento do bloqueio do diferencial pode ser pneumático oumecânico.Figura 192: Bloqueio manual de diferencial por acionamento pneumático, bloqueando um semi-eixo na carcaça diferencial. 153
  • 154. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinNa Figura xx pode ser visto um sistema pneumático de acionamento do bloqueio atravésde um reservatório de ar comprimido. Figura 193: Bloqueio manual de diferencial por acionamento pneumático, bloqueando uma planetária na carcaça diferencial.Dentro do sistema bloqueio existem duas satélites e duas planetárias, uma delas com umentalhado externo. Atrás desta planetária fica instalada uma luva. Quando o bloqueio éacionado o ar comprimido empurra a luva que se acopla ao entalhado de uma dasplanetárias mantendo solidária essa planetária à carcaça do diferencial. Quando obloqueio é desligado quatro molas empurram a luva para a sua posição inicial, liberando aplanetária que volta a ter o funcionamento normal no diferencial. Um exemplo dispositivo mecânico de acionamento de bloqueio de diferencial podeser visto na Figura xxx. Figura 194: Bloqueio manual de diferencial por acionamento pneumático, bloqueando uma planetária na carcaça diferencial.5.4.3 Diferencial com deslizamento controlado Os diferenciais com deslizamento controlado, ou autoblocantes, atenuam a açãodiferencial quando as diferenças de rotação entre os semi-eixos de tração é maior que adiferença necessária para a execução da curva com raio mínimo. A eficiência destaatenuação depende do tipo de sistema de bloqueio utilizado. A eficiência de 100% 154
  • 155. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippinsomente é conseguida com sistemas de bloqueio manual total dos semi-eixos, nãopodendo ser automático. Os tipos mais comuns são os seguintes: • Dana Trac-Loc™ Consiste de um pacote de embreagens de discos metálicos imersos em lubrificanteadequado, bloqueando o semi-eixo à carcaça sob certas condições de rotação. Quando arotação da planetária aumenta demasiadamente, indicando que uma roda perdeu tração eestá patinando, o óleo é expulso de entre os discos metálicos aumentado o atrito doconjunto. Com o aumento do atrito tem-se um aumento do torque transmitido para a rodaque está deslizando e, também, para a que está em piso firme. O conjunto se mantémpré-carregado pela ação de molas, além da carga axial devido ao engrenamento que éfunção do ângulo de pressão e do ângulo de hélice das engrenagens. Sua eficiênciaquando novo pode chegar a 70% mais vai diminuindo com o desgaste natural doconjunto. Figura 195: Diferencial autoblocante. 155
  • 156. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 196: Diferencial autoblocante Dana Trac-Loc™. • Salisbury / Thornton Powr-Lok Semelhante ao diferencial Trac-Loc™, apresenta, também, pacotes deembreagens de discos metálicos em banho de óleo. A diferença resida na pré-carga, queaqui não é realizada por molas e sim pela ação dos eixos das engrenagens satélites,apoiando-se sobre blocos em ‘V”. Quando o conjunto gira devido a uma diferença develocidade entre os semi-eixos, os eixos das satélites tendem a se deslocar pelas rampasem “V”, pressionando o pacote de discos metálicos. A pré-carga pode ser definida peloângulo de rampa dos blocos em “V”. 156
  • 157. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 197: Diferencial autoblocante Salisbury. • ENSIMEC Full-LockBasicamente o Full-Lock funciona como duas catracas. Essas catracas estão instaladasno interior da carcaça do diferencial (caixa de satélites) e ligam as duas pontas de eixo àcoroa. Ao transitar em linha reta, as duas catracas permanecem fechadas e assimtransmitem 50% do torque aplicado pelo motor a cada uma dos semi-eixos. Aodesenvolver-se uma curva o Full-Lock percebe a diferença de rotação entre as rodas epermite que a roda que estiver descrevendo a trajetória maior (mais rápida), entre em 157
  • 158. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippinestágio de roda livre, compensando da diferença de rotação. Neste instante é possívelouvir um breve estalo, resultado do impacto dos componentes ao fechar a catraca.Quando se concluiu a curva, a catraca aberta volta a fechar e transmite novamente 50%do torque ao semi-eixo. Durante a curva, 100% do torque é transmitido para somente umdos semi-eixos. Caso a roda deste semi-eixo não tenha aderência suficiente com o solo,ela patinará ate atingir a velocidade da roda oposta. Nesta situação, a catraca tambémvolta a fechar distribuindo novamente 50% do torque aplicado para cada roda. Figura 198: Diferencial autoblocante ENSIMEC Full-Lock. • DIFERENCIAL INTELIGENTE KAISERBasicamente o Diferencial Inteligente Kaiser trabalha com um sistema de roletes e doiscubos. Em cada cubo é desenvolvido um brochamento interno no qual a ponta de eixo sealoja; externamente existem 15 canais para alojamento dos roletes e por fora dos roletesexiste um cubo com 15 estrias de ângulos diferentes. Assim os roletes têm a possibilidadede liberar ou prender o cubo interno, de acordo com a diferença de velocidade de umaroda em relação à outra. Anel Cubo Cubo Figura 199: Diferencial Inteligente Kaiser. • Torsen™ (TORque SENsing) 158
  • 159. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Formado por engrenagens helicoidais reversas, proporcionando razões de torqueentre 6:1 até 2,5:1, em função do ângulo de hélice das engrenagens, do tratamentosuperficial e do tipo de rolamentos utilizados. O princípio de funcionamento tem por baseo fato de que um engrenamento helicoidal reverso pode ser irreversível, ou seja, não podeser acionado através da coroa. Neste diferencial, os engrenamentos não chegam a serirreversíveis, porém, apresentam rendimento muito baixo quando acionados pela coroa,gerando grande atrito. Como o atrito interno ao diferencial aumenta, o torquetransmissível também aumenta. Figura 200: Diferencial autoblocante Torsen™. • Torsen II™ Semelhante ao Torsen™, porém com engrenagens helicoidais montadas em eixos paralelos. Como as perdas por atrito são menores, proporciona razões de torque entre 1,8 e 3:1. Figura 201: Diferencial autoblocante Torsen II™. • Diferencial viscoso 159
  • 160. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Diferencial aberto autoblocante pela ação de pacotes de embreagens formadas pordiscos metálicos em banho de óleo. Com grandes diferenças de rotação o óleo (a base desilicone) se aquece aumentando a pressão interna do conjunto e pressionado os discos.Como os discos são perfurados o óleo entre eles escorre e surge o contato metal-metal,que gera atrito interno elevado. Com o aumento de atrito interno ocorre o aumento detorque transmissível aos semi-eixos. Como o aquecimento do óleo está associado àrotação do conjunto, sua aplicação preferencial é como diferencial central em sistemas detração integral. Nesta situação o diferencial fica sujeito à rotação de saída da caixa decâmbio, antes da relação de transmissão final, portanto com rotação maior do que teriacomo diferencial de eixo motriz. Pode ser montado ligando os dois semi-eixos ou ligandoum semi-eixo à carcaça. Na ligação entre semi-eixos o torque transmissível ésignificativamente maior. Figura 202: Diferencial viscoso instalado entre semi-eixo e carcaça do eixo. Figura 203: Diferencial viscoso instalado entre semi-eixo e semi-eixo. 160
  • 161. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin • Diferencial ZF O diferencial autoblocante ZF é composto por cames e seguidores, sendo deconstrução simples, leve e compacta. Por outro lado, apresenta grande desgaste, não seaplicando para a transmissão de grandes torques. Este diferencial compõe-se de trêspartes: um suporte de seguidores solidário à coroa, dois discos de cames ligados, cadaum, a um semi-eixo e um conjunto de seguidores, montados sobre o suporte. A partir decerta diferença de velocidade entre os semi-eixos os seguidores arrastam, através doscames, o disco correspondente promovendo o bloqueio necessário. Figura 204: Diferencial autoblocante ZF. Tabela 5: Resumo dos diversos diferenciais autoblocantes. Marca Tipo Fabricante Sure-Drive Freewheel Formerly Borg-Warner, now Auburn Gear Inc. ZF Cam-and-pawl Zahnradfabrik Friedrichshafen (ZF) Lok-0-Matic Multi-plate clutch, ramp-actuated Zahnradfabrik Friedrichshafen (ZF) Powr-Lok Multi-plate clutch, ramp-actuated and GKN Axles Ltd, Light Division, ZF, Spicer Axle rampless Division, Dana Corporation Trac-Aide Multi-plate clutch, ramp-actuated, but GKN Axles Ltd, Light Division, ZF, Spicer Axle rampless Division, Dana Corporation Trac-Loc GKN Axles Ltd, Light Division, ZF, Spicer Axle Multi-plate clutch,rampless Division, Dana Corporation Traction Lok Multi-plate clutch,rampless Ford Traction Equaliser Clutch type Rockwell Sure-Grip Cone clutch Formerly Borg-Warner, now Auburn Gear Inc. Super Traction Cone clutch Formerly Borg-Warner, now Auburn Gear Inc. No-SPIN Face dog clutch Tractech, Dyneer Corporation Detroit Locker Face dog clutch Tractech, Dyneer Corporation True Trac Hclical gear Tractech, Dyneer Corporation Knight Helical and worm Knight-Mechadyne Ltd Gleason, Power Systems Division and Quaife Torsen Worm and spur Power Systems Ltd Max-Trac Variable leverage gear Fairfield Manufacturing Co. Super Max-Trac Variable leverage gear, with friction Fairfield Manufacturing Co.6 TRAÇÃO 4X4, 6X4 E INTEGRAL 161
  • 162. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin A grande maioria dos veículos é equipada com tração em apenas um eixo – ditos4x2, 6x2, etc. Algumas categorias de veículos são equipadas com tração em mais de umeixo – ditos 4x4, 6x4, 8x4, 6x6. Tradicionalmente eram veículos comerciais e utilitários, deuso mais rústico e difícil, desprovidos de maior conforto e requinte. Atualmente é comumencontrar-se a opção de tração integral em vários veículos de passeio, com os mesmositens de acabamento e conforto das versões 4x2. Este fato está apoiado na melhordirigibilidade e segurança de um veículo com tração integral e nas novas soluçõestecnológicas para diminuir o consumo de combustível e melhorar o conforto de marcha.Ainda, com as já citadas melhorias, os veículos da tradicional categoria de utilitários vêmse difundindo no gosto dos usuários impulsionando ainda mais os investimentos na buscade novas melhorias no segmento. A recente a criação da categoria sport-utility, comosendo um misto entre o utilitário tradicional com o veículo de passeio, congregando arobustez, a capacidade de realizar serviço pesado e características off-road com bonsníveis de conforto, acabamento e opcionais. Cabe, aqui, diferenciar entre veículos com tração 4x4 e veículos com traçãointegral. Nos veículos com tração 4x4 é possível selecionar entre tração total – 4x4 – etração parcial – 4x2. O acionamento da tração total é manual, ou seja, depende de umaação do motorista, através de dispositivos mecânicos, elétricos ou pneumáticos. Nestecaso, não há compensação de rotação entre os eixos dianteiro e traseiro. Uma possíveldiferença de rotação entre eles será absorvida por deformações elásticas do trem motriz epor deslizamento das rodas sobre a pista. Por esse motivo é recomendável o uso detração total apenas em pisos com pouca aderência, evitando sobrecargas ao trem motriz.São exemplos a grande maioria dos jipes tradicionais (Jeep – Willys, Ford, Wrangler - ,Toyota Bandeirante e Hilux, Troller, JPX, Engesa, Suzuki Samurai, Suzuki Vitara, etc.),picapes 4x4 (Ranger, S10, F1000, Toyota Bandeirante e Hilux, L200, Nissan Frontier,etc.) e caminhões 4x4 e 6x6 (Mercedes-Benz LA, e versões militares das demais marcas).Nos veículos com tração integral os eixos dianteiro e traseiros são continuamentemotrizes, não havendo a possibilidade de tração 4x2. Neste caso faz-se necessário umdispositivo que compense as diferenças de rotação entre os dois eixos – o diferencialcentral. Logo, os veículos com tração integral têm três diferenciais. Quando o diferencialcentral é um diferencial aberto baste que apenas uma roda do veículo perca a aderênciacom o piso para que o veículo perca tração. Existe, então, o bloqueio do diferencialcentral, que é feito manualmente. Nesta situação, o veículo com tração integral passa ase comportar como um veículo com tração 4x4, sofrendo as mesmas restrições que este.Enquadram-se aqui os veículos off-road de melhor desempenho e mais atuais (LandRover (Defender, Discovery, Range Rover), Pajero (GLS, TR-4), Jeep Cherokee, LadaNiva, Toyota Prado, etc.). Figura 205: Sistema de tração integral do Daimler UNIMOG. 162
  • 163. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 206: Sistema de tração 4x4 do FIAT Campagnolo.1 – Eixo primário; 2 – Eixo motriz dianteiro; 3 – Diferencial central; 4 – Bloqueio dodiferencial central; 5 – Eixo motriz traseiro. Figura 207: Sistema de tração integral do Audi Quattro. Quando o diferencial central for autoblocante não se faz necessário o bloqueiomanual, porém este dispositivo pode estar presente. Como um diferencial autoblocantenão apresenta eficiência de 100% este tipo de configuração é empregada em veículos depasseio com uso on-road. Por outro lado, em veículos com tração não integral – 4x4 – afrenagem é menos eficiente: se um eixo trava completamente, ou seja, as duas rodastravam simultaneamente, o outro eixo também é freiado pela transmissão, já que oconjunto é mecanicamente solidário. Os diferenciais centrais autoblocantes podem ser construídos com os mesmostipos de engrenamento que os diferenciais dos eixos motrizes. Porém, é muito comum oemprego de diferenciais viscosos, em função de que o funcionamento de um diferencialviscoso ocorre pelo aquecimento do óleo funcionado melhor em rotações maiores. Comoo diferencial central está localizado antes do eixo motriz, trabalha com rotação maior queesse. As configurações mais comuns para o diferencial central são as seguintes:diferencial central cônico, diferencial central Torsen, diferencial central planetário ediferencial central viscoso. 163
  • 164. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Em veículos com tração integral desenvolvidos para uso on-road, derivados deversões 4x2, normalmente é necessário uma distribuição desigual de torque entre o eixodianteiro e o eixo traseiro, por motivos de dirigibilidade e estabilidade. Nestes casos, odiferencial central é construído com engrenamento epicicloidal que transfere um torquemaior para um eixo e menor para o outro, de modo que os torques somadoscorrespondem ao torque de saída da caixa de câmbio. Esta distribuição desigual detorque é benéfica no equilíbrio do conjunto em trajetórias curvas e em pisos de poucaaderência. Em trajetórias lineares a distribuição de torque volta a ser equalitária, já que odiferencial não atua nesta condição. Figura 208: Diferenciais viscosos e Torsen empregados como diferenciais centrais em sistemas de tração integral. 164
  • 165. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin O acionamento de mais de um eixo simultaneamente exige uma transmissãoadicional, denominada de caixa de transferência, acoplada à saída da caixa de câmbio doveículo. É muito comum esta caixa de transferência apresentar uma redução adicionalcomo opção, acionada manualmente por dispositivo mecânico, elétrico ou pneumático. Arelação de transmissão da reduzida é normalmente 2:1 ou um valor muito próximo disto.Como a reduzida fica localizada entre a caixa de câmbio e o eixo motriz, e como o eixomotriz em veículos 4x4 é projetado para o torque máximo do motor multiplicado pelamáxima redução da caixa de câmbio, o acionamento da reduzida sobrecarregaria o eixomotriz com o dobro do torque de projeto. Por este motivo, somente deve ser possível oacionamento da reduzida com tração total, onde o torque de saída da caixa fica divididopor 2, metade para cada eixo motriz. As caixas de transferência podem ser acionadas por engrenagens ou porcorrentes. A configuração por engrenagens é mais comum nas caixas de transferênciacom caixa de reduzida integrada, ocorrendo em caminhões e utilitários. É um pouco maisruidosa e mais pesada. A configuração por corrente é mais comum nas caixas detransferência sem reduzida, normalmente em sport-utilities e veículos de passeio. Quandoa caixa de transferência é acionada por correntes e o veículo apresenta reduzida, a caixareduzida não é integrada com a caixa de transferência. A definição é apenas porcaracterísticas construtivas e de leiaute. A caixa de reduzida de um veículo multitração é uma transmissão auxiliar.Portanto, a gama de relações de transmissão da caixa de câmbio principal ficamultiplicada por dois. Porém, a intercalação de marchas normais e marchas reduzidasnão é eficiente devido à necessidade de se acionar a tração total quando do uso demarchas reduzidas. Figura 209: Caixa de transferência com reduzida empregando engrenagens. 165
  • 166. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 210: Caixa de transferência e diferencial central do BMW 525iX. Figura 211: Sistema de transmissão integral do BMW 525iX. As vantagens do sistema de tração integral podem ser observadas na Figura 135, quemostra a capacidade de subida de um veículo em piso homogêneo, em função docoeficiente de atrito entre as rodas e o piso, para sistemas de tração dianteira, traseira,integral e total (integral bloqueado). 166
  • 167. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 212: Vantagem da tração integral e 4x4 na subida de rampa e em pisos lisos. Na Figura 136 é mostrado o desempenho de um Vauxhall Cavalier sobre nevecompactada (µ = 0,2), onde as forças de tração são analisadas em função do tipo detração e do tipo e pneus – pneus para inverno e para verão. Figura 213: Comparação entre tração integral e dianteira, e entre pneus de verão e de inverno. 167
  • 168. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin O recurso da tração 6x4 é comum apenas em caminhões pesados e extrapesados. Apresenta como vantagens a maior capacidade de carga, uma melhor tração efrenagem e uma melhor distribuição de esforços sobre o chassi. Encontra aplicação maisintensa em veículos destinados a serviço mais pesado ou em terrenos acidentados, comoem pedreiras, reflorestamento, canaviais, madeireiras, etc., ou mesmo em aplicações on-road no transporte de grandes cargas indivisíveis. Nestas situações é comum, também,caminhões com tração 4x4, porém para capacidades de carga menores. A tração 6x6 éutilizada quase que exclusivamente em veículos militares, não sendo economicamenteinteressante em aplicações comerciais em função dos custos adicionais de produção emanutenção. A tração 6x4 é conseguida através de eixo cardan intermediário partindo doprimeiro eixo motriz para o segundo ou de um eixo cardan partindo diretamente da caixade transferência. É possível, ainda, apresentar duas velocidades nos eixos motrizes. Figura 214: Sistema de tração 6x4 de caminhões. Figura 215: Sistema de suspensão e tração 6x4 tipo boogie (Scammell Routeman). Figura 216: Sistema de tração 6x4 de caminhão mostrando os dois eixos motrizes e o diferencial central (aqui deslocado para a parte anterior do conjunto). 168
  • 169. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 217: Sistema de tração 6x4 de caminhões. Figura 218: Sistema de tração 4x4 de veículo leve com motor dianteiro transversal. Os sistemas de transmissão outros equipamentos, como tratores agrícolas e deterraplanagem, são específicos para cada gama de aplicações. Normalmente empregamuma caixa de transmissão básica associada a outras caixas de transmissão e, ainda, atransmissões auxiliares, gerando um número bastante grande de relações de transmissãopossíveis. 169
  • 170. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 219: Esquema geral de uma transmissão de trator agrícola 4x4.Figura 220: Esquema detalhado de uma transmissão com 12 marchas de trator agrícola 4x4.Figura 221: Esquema detalhado de uma transmissão com 20 marchas de trator agrícola 4x4. 170
  • 171. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin6.1 Controle de Tração Algumas condições contribuem para o deslizamento das rodas sobre a pista(patinagem): aderência limitada da superfície da pista, aceleração excessiva, execução detrajetórias curvas acentuadas ou arrancadas em subidas íngremes. Rodas travadas oupatinando limitam a aderência lateral e a estabilidade, gerando, também, altas taxas dedesgaste de pneus e de componentes do trem motriz (diferencial). O controle de tração –ASR – proporciona a aplicação otimizada da força de tração evitando a patinagem dasrodas. Normalmente o sistema ASR é uma extensão do sistema de controle de frenagemABS, que já possui sensores e atuadores necessários. A capacidade de tração,particularmente em situações mais críticas, é proporcional à aderência da roda em piorsituação. O ASR pode funcionar interligado a um sistema de controle do motor do veículo,normalmente denominado EMS, que ajusta a posição da válvula de entrada de ar/misturaou a posição do sistema de injeção de Diesel, controlando o torque aplicado às rodasmesmo que a posição do pedal do acelerador se mantenha inalterada (drive-by-wire). Aoperceber que alguma roda motora está patinando o sistema age sobre o sistema ABSaplicando o freio a esta roda. Com isso, aumenta-se o atrito e a resistência neste semi-eixo. Logo, o torque disponibilizado para a outra roda motriz aumentará, melhorando ascondições de tração do veículo. Os sistemas ASR Bosch são os seguintes: • ABS/ASR 2I (Bosch) • Utiliza o sistema EMS (Eletronic Engine Power Control), controlando a posição da válvula de entrada de ar/mistura em relação à posição do acelerador • Emprega o sistema ABS para frear a roda que está patinando, melhorando a tração. • ABS/ASR 2P (Bosch) • Emprega o sistema ABS e EMS • Melhor controle de frenagem • Atua também no tempo de ignição do motor • ABS/ASR 2E (Bosch) • Emprego apenas no sistema ABS • Apresenta servomotores próprios para atuar na válvula de entrada de mistura ar/mistura do sistema de admissão sem empregar o EMS • MSR • Módulo adaptável ao sistema ASR para otimizar a ação do freio motor sobre pisos muito lisos, evitando o travamento das rodas A Figura 145 mostra curvas de adesão / escorregamento para: 1 – Asfalto molhado(adesão); 2 – Neve compactada; 3 – Concreto; 4 - Asfalto molhado (escorregamento). 171
  • 172. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin µ - coeficiente de atrito; λ – coeficiente de aderência lateral. Figura 222: Curvas de adesão / escorregamento. A Figura 146 mostra um esquema para controle de tração integrado ao gerenciamentodo motor do veículo (EMS), onde aparece: 1 – Unidade de controle do sistema de freiosABS e de tração ASR; 2 – Unidade de gerenciamento do motor SEM; 3 – Pedal doacelerador; 4 – Servomotor (drive by wire); 5 – Borboleta de admissão ou 6 – Bomba deinjeção Diesel. Figura 223: Sistema eletrônico de controle de tração integrado ao gerenciamento do motor. 172
  • 173. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 224: Sistema eletrônico de controle de tração integrado ao gerenciamento do motor.Na Figura 147 é mostrado um esquema de funcionamento de controle de tração emcaminhão. Os elementos da figura são: 1 – Sensor de velocidade da roda; 2 – Discogerador de pulsos; 3 – Válvula de controle de pressão; 4 – Válvula solenóide 2/2 vias; 6 –Válvula de duas vias; 7 – Válvula do freio de serviço; 8 – Regulador de pressão do freio; 9– Cilindros de freio das rodas; 10 – Unidade de controle SEM; 11 – Pedal do acelerador;12 – Sensor de posição do pedal do acelerador; 13 – Servomotor; 14 – Bomba injetora domotor. Figura 225: Sistema ABS/ASR 2I de controle de tração para carro de passageiros. Na Figura 148 os elementos indicados são: 1 – Sensor de velocidade da roda; 2 –Modulador hidráulico do sistema ABS/ASR; 3 – Unidade de controle do sistemaABS/ASR; 4 – Unidade de controle EMS; 5 – Atuador da borboleta de aceleração. 173
  • 174. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 226: Sistema de controle de tração para carro de passageiros. Na Figura 149 os elementos indicados são: 1 – Unidade de controle do sistemaABS/ASR; 2 – Unidade de controle Motronic; 3 – Unidade de controle EMS; 4 – Trem depotência; 5 – Diferencial; 6 – Fonte de pressão do sistema ASR; 7 – Modulador hidráulicodo sistema ABS; 8 – Cilindro hidráulico mestre de freios; 9 – Freios nas rodas; 10 – Rodadireita; 11 – Roda esquerda; 12 – Sensor de velocidade da roda; 13 – Superfície derodagem da roda direita; 14 – Superfície de rodagem da roda esquerda; 15 – Massa doveículo m, Pressão do sistema de freios p, Velocidade da roda, v, Velocidade do veículo,vF, Escorregamento, λ, Inércia da roda, θR, Força de tração, Ma, Força de frenagem, Mf,Resultante de forças atuando na roda motriz, Mr, Forças de superfície, Ms. Os sistemas de tração 4x4 e integral não são compatíveis, por natureza, comsistemas de controle de frenagem ABS e, conseqüentemente, de sistemas de controle detração ASR. Nos sistemas de tração integral com diferencial central viscoso, um segundoacoplamento viscoso é utilizado para acoplar ou desacoplar a tração em um dos eixosapenas nas frações de segundo quando o sistema ABS é utilizado. É o mecanismoempregado pelos veículos com tração integral mais elaborados, inclusive sport-utilities,como Jeep Cherokee, Land Rover Discovery e Range Rover, Mercedes-Benz ML230 eML320, BMW X3 e X5, Nissan XTerra. 174
  • 175. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 227: Sistema de diferencial viscoso compatível com sistema antitravamento de freios. 175
  • 176. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin7 JUNTAS UNIVERSAIS Forma de conexão entre dois eixos concorrentes em rotação. Os eixos sãointerligados por uma cruzeta, articulação em forma de cruz, que é apoiada em dois pontosem cada eixo. Estes pontos de apoio são os braços da cruzeta, diametralmente opostos.A cruzeta apresenta movimento de rotação como corpo rígido e movimento relativo derotação em torno de direções ortogonais aos eixos em que faz ligação. Este mecanismo éconhecido como junta universal de Hooke. Existem dois tipos construtivos: junta tipocruzeta e junta anelar. Ainda, quanto à maneira construtiva, as juntas podem ser rígidasou flexíveis. Juntas flexíveis são mais econômicas, porém permitem menores ângulos dedesalinhamento. Dentre as juntas flexíveis pode-se citar a junta flexível Layrub, a juntaMetallastik e a junta Moulton. As juntas com base no mecanismo de Hooke não apresentam velocidade angularconstante. O eixo acionado por uma junta universal de Hooke, com o eixo acionado rgirando a velocidade constante, apresenta durante ¼ do movimento velocidade maior queo eixo acionador; no próximo ¼ do movimento apresenta velocidade menor, repetindonovamente o ciclo, ou seja, no terceiro ¼ do movimento apresenta velocidade maior e noúltimo ¼ do movimento apresenta velocidade menor que o eixo acionador. Ou seja, umajunta universal apresenta aceleração angular não nula em cada rotação. É claro que háconstância de rotação entre os dois eixos, porém não instantaneamente. Uma maneira decontornar o problema é aplicar no mesmo eixo duas juntas universal em série e fora defase. Em cada ¼ do movimento da primeira junta, em que a velocidade é maior, asegunda junta, que está defasada de 90o , estará se movendo no seu ¼ do movimentoonde a velocidade é menor. Entre a entrada e a saída da junta assim formada tem-se,então, a velocidade angular constante. Esta junta é denominada de junta de velocidadeconstante, ou de eixo Cardan. Para que as duas juntas universais que compõem um eixoCardan estejam defasadas de 90o os seus eixos devem ser montados paralelos.Também, os três eixos que compõem um eixo Cardan, o eixo de entrada que se conectaatravés da primeira junta universal ao eixo intermediário, que por sua vez se conecta,através da segunda junta universal, ao terceiro eixo, o eixo de saída, devem formarângulos iguais. Ou seja, o ângulo formado entre o eixo de entrada e o eixo intermediáriodeve ser igual ao ângulo formado entre o eixo intermediário e o eixo de saída. Outros tipos de juntas apresentam velocidade constante, mesmo que montadasisoladamente. Desta categoria pode-se citar a junta Tracta, a junta Bendix-Weiss, maisconhecida como junta homocinética, a junta Rzeppa e a junta Birfield. 176
  • 177. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 228: Junta universal de Hooke.Figura 229: Gráfico mostrando as variações de velocidade e aceleração angular, para ½ volta do eixo de acionamento (180o). Neste caso a junta apresenta um ângulo de 30o entre os eixos de entrada e de saída. Figura 230: Junta elástica Layrub. 177
  • 178. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 231: Junta elástica Metalastik. Figura 232: Junta elástica Moulton.Figura 233: Junta de velocidade constante Bendix Tracta. 178
  • 179. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 234: Junta de velocidade constante Bendix Weiss.Figura 235: Junta de velocidade constante Dana Rzeppa. Figura 236: Junta de velocidade constante Birfield. 179
  • 180. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin Figura 237: Par de juntas universais formando um eixo FWD (Four Wheel Drive Company), de velocidade constante. Figura 238: Par de juntas universais formando um eixo Glaenzer, de velocidade constante.Figura 239: Par de juntas universais formando um eixo Kirkstall, de velocidade constante. 180
  • 181. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe FilippinFigura 240: Vista frontal do motor do BMW 525iX, DOHC 24V. O veículo básico apresenta tração 4x2 traseira. Para a versão 4x4 foi necessário modificar o Cárter para acomodar o eixo motriz dianteiro. Aqui se vê os dois semi-eixos ligados por duas juntas homocinéticas. 181

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