Capítulo 1: Relação de transmissão e fundamentos físicos da transmissão de torque

Por: Redação

Por meio da relação de marcha a transmissão de um veículo deve permitir a multiplicação do torque do motor bem como a alteração de velocidade do veículo. Além disso, a transmissão deve possuir a função de inversão de rotação dos eixos de propulsão permitindo a marcha à ré.

Torque pode ser definido conceitualmente como a tendência rotacional que a aplicação de uma força exerce em um objeto sobre um eixo. Matematicamente, torque é a relação direta de uma multiplicação do vetor de força pelo vetor da distância do ponto onde a força é aplicada em relação ao centro do eixo de pivotamento/giro do objeto que sobre o esforço.

Na ilustração a seguir é possível visualizar um exemplo do torque sendo aplicado na cabeça de um parafuso. Neste exemplo, pode-se enxergar claramente que o momento de força no objeto (parafuso), resultará em um movimento rotacional. Por isso, pode-se afirmar que esta força, multiplicada pela distância do centro que está sendo aplicada, resultará em um torque, que pode ser dado em Newtons x Metro (N.m), Quilograma x Força (kgf) ou ainda Libras x Pé (Lb.pé). Contudo, como o Sistema Internacional de Medidas (SI) preconiza o N.m como unidade de medida padrão, no Brasil utilizamos esta unidade para representar esta grandeza.

Assim como o torque aplicado no parafuso é diretamente proporcional à força e à distância, em uma transmissão também há esta relação. Contudo, a força é gerada pelo motor e transferida para a transmissão por meio do eixo primário. Já a distância é igual ao raio da engrenagem motriz, que está engrenada a uma engrenagem da árvore primária. Isto é conhecido como alavanca no engrenamento

Em um automóvel atual, a grande maioria das transmissões manuais são compostas pelo menos de 5 marchas à frente e 1 atrás. Isso indica que a transmissão deste veículo possui cinco conjuntos de engrenagens que realizam a função de transferência do torque e da rotação do motor para as rodas se movimentarem à frente. Sendo que, dependendo da confecção desses conjuntos de engrenagens e qual deles está transferindo o movimento para as rodas, o veículo terá em momentos maior força, contudo menor velocidade, ou então poderá ganhar maiores velocidades, comprometendo desta forma a transmissão de força para as rodas.

Toda esta distribuição dependerá diretamente do conjunto de engrenagem (marcha) que está transmitindo a força para as rodas. Existem basicamente dois tipos de conjunto de marcha: velocidade e torque. Em seguida é possível observar na ilustração estes dois tipos:

Quando a engrenagem do eixo primário (engrenagem motora em vermelho) for maior que a engrenagem do eixo secundário (engrenagem movida em amarelo) pode-se afirmar que este conjunto forma uma marcha de velocidade (por exemplo a 5ª marcha). Já quando a engrenagem do eixo primário é menor do que a engrenagem do eixo secundário, diz-se que este conjunto forma uma marcha de torque
(por exemplo a 1ª marcha)

Esta relação entre engrenagem movida e engrenagem motora é chamada de relação de transmissão e pode ser calculada através da divisão da quantidade de dentes presentes na engrenagem movida pelo número de dentes presentes na engrenagem motora. Assim como mostrado na equação a seguir:

Sendo assim, considerando a engrenagem motora (eixo primário) com 10 dentes e a engrenagem movida (eixo secundário) com 20 dentes, a relação de transmissão deste conjunto seria de 2. Isto significa que se o motor produzir na entrada do eixo primário um torque de 100 Nm, na saída do eixo secundário este torque seria de 200Nm. Porém, se o motor estiver girando a 1000 rpm a velocidade de saída no eixo secundário seria de 500 rpm.

Nas transmissões existem ainda transferências de torque e rotação do eixo secundário para o diferencial e deste último para as rodas. Com isso, há portanto, nas transmissões, mais de uma relação de transmissão, que devem ser determinadas e multiplicadas entre si para encontrar então a relação de transmissão total.

Ao existir mais de uma relação de transmissão é necessário calcular as relações de transmissão existentes no sistema e multiplicá-las para encontrar enfim a relação de transmissão total

Todos estes princípios de transmissão são utilizados em transmissões, independentemente de serem manuais ou automatizadas. A principal diferença em relação a essas duas transmissões é que na primeira toda troca de marchas deve ser feita por comandos do condutor, sendo que na segunda as trocas de marchas são feitas por dispositivos automatizados, nos quais o condutor somente atuará no pedal do acelerador ou freio.

Assim sendo, a concepção do sistema de transmissão automatizada ASG (Automated Sequential Gearbox) tem o principal objetivo de aumentar o conforto e reduzir a fadiga do condutor, evitando que o mesmo seja obrigado a controlar o pedal da embreagem e a alavanca de comando da transmissão, além de otimizar o desempenho dos componentes da transmissão mecânica.

No entanto, assegura o prazer de dirigir proveniente do controle direto da transmissão, melhora a segurança na condução por meio de um sistema que ignora eventuais erros do condutor, impedindo o controle incorreto da transmissão e oferece ao condutor uma interface mais avançada com o veículo.

Uma unidade de controle eletrônica gerencia uma lógica complexa de funcionamento que permite a utilização da transmissão:

No modo “manual”, no qual o motorista comanda a troca das marchas através da alavanca posicionada sobre o túnel ou através de duas borboletas no volante;

No modo “automático”, em que o sistema eletrônico controla automaticamente as trocas de marcha.

O pedal da embreagem foi eliminado e a tradicional alavanca do câmbio em “H” das transmissões mecânicas foi substituída por uma alavanca específica tipo “Joystick“. Com isso a transmissão automatizada ASG é subdividida em três conjuntos principais que intervém em seu funcionamento:

Conjunto Mecânico (praticamente idêntico à transmissão manual e não será foco das próximas descrições);

Conjunto hidráulico e;

Conjunto elétrico (mecanismo de seleção de marcha).

Conjunto hidráulico: O conjunto hidráulico é responsável em pressurizar o sistema hidráulico, por meio de um motor elétrico de corrente contínua e uma bomba hidráulica, para a operação dos êmbolos de seleção/engate de marcha localizados no eixo seletor, e do cilindro da embreagem localizado na carcaça da transmissão.

O conjunto hidráulico é composto pelos seguintes componentes: flange, motor elétrico, bomba hidráulica, acumulador de pressão, sensor de pressão hidráulica e reservatório

Conjunto elétrico: Tem a missão de gerenciar o conjunto hidráulico e fazer a interface com os outros sistemas do veículo e com o condutor. Ele é composto por:

Alavanca Seletora;

Unidade de Controle da Transmissão;

Sensores e atuadores e;

Interface com outras unidades de controle.

O mecanismo de seleção de marchas é composto pelos seguintes componentes: G604 sensor de identificação de marcha, G616 Sensor 2 de identificação de marcha, N255 Válvula para atuador da embreagem, N284 Válvula 1 para engate de marcha, N285 Válvula 2 para engate de marcha, N286 Válvula 3 para seleção de marcha, 3 câmaras de pressão de óleo, sendo duas de engate e uma de seleção, 1 êmbolo hidráulico para a seleção de marcha, 1 êmbolo hidráulico para o engate de marcha, flange com eixo seletor e mola de retorno, válvula de retorno de óleo para o reservatório

O mecanismo de seleção de marcha tem a função de executar as trocas de marcha na transmissão. Incorpora, principalmente, os êmbolos hidráulicos, os sensores de identificação de marcha e as válvulas atuadoras.

Para a execução de uma troca de marcha, o óleo hidráulico armazenado no reservatório atravessa o filtro e chega até a bomba. Conforme a necessidade, o motor elétrico V387 é excitado pela Unidade de Controle da Transmissão J217 fazendo com que a bomba pressurize o sistema. O óleo pressurizado passa por um segundo filtro, por uma válvula anti-retorno e chega até o acumulador, que é responsável em acumular pressão de óleo suficiente para que o sistema não dependa da pressurização da bomba a todo instante.

O sensor de pressão hidráulica G270 informa à Unidade de Controle J217 a pressão de trabalho do sistema.

Daí o óleo é encaminhado para as válvulas proporcionais de pressão (N284 e N285) e de vazão (N255 e N286) que comandam seus respectivos êmbolos. Após a execução da troca de marcha, o óleo retorna para o reservatório. A válvula de segurança libera eventual sobrepressão do sistema diretamente para a linha de retorno para evitar dano em algum componente.

Diagrama hidráulico de uma transmissão automatizada

Todo o óleo utilizado pelo sistema é armazenado nesse reservatório com capacidade para 500 ml, sendo que o sistema absorve 900 ml no total. O reservatório abastece a bomba com óleo para pressurizar o sistema e o recebe de volta durante o funcionamento. Antes de entrar na bomba, o óleo passa por um filtro de tela com trama de 40 microns, no interior do reservatório, para reter eventuais impurezas.