UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA LUIZ DE QUEIROZ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL
VERSÃO 2005
CAPÍTULO 6
TORQUE
POTÊNCIA
SISTEMAS DE
TRANSMISSÃO
MECÂNICA E
HIDRÁULICA
EM TRATORES
T. C. C. RIPOLI
M. MILAN
C. D. GADANHA JÚNIOR
J. P. MOLIN
W. F. MOLINA JÚNIOR
FUNÇÃO:
OS SISTEMAS DE TRANSMISSÃO TEM
POR FUNÇÃO TRANSFORMAR O
TORQUE E A ROTAÇÃO DOS MOTORES
EM TORQUE E ROTAÇÃO NO RODADO
PARA CADA SITUAÇÃO DE UTILIZAÇÃO
DO VEÍCULO
Í
EM OPERAÇÕES
Ç
MOTOMECANIZADAS
UTILIZA-SE DE 4 VARIÁVEIS PARA
ENCONTRAR-SE
ENCONTRAR
SE A MELHOR CONDIÇÃO
DE TRABALHO:
VELOCIDADE
FORÇA
TORQUE
POTÊNCIA
FORÇA?
É um fenômeno físico capaz de
alterar ou tender a alterar o estado de
i é i de
inércia
d uma corpo material
t i l
(provocar aceleração ou
desaceleração) ou deformádeformá-lo.
SELEÇÃO ARGENTINA
EXEMPLOS DE FORÇAS
F
V=0
EXEMPLOS DE FORÇAS
V = 2 m/s
EXEMPLOS DE FORÇAS
FORÇA CENTRÍPETA
ACELERAÇÃO CENTRÍPETA
V1
T1
T2
V2
V2
- V1
V1
V2
∆V
TRABALHO = FORÇA x DELOCAMENTO x COS α
PARA α = 0
COS α = 1
TRABALHO = FORÇA x DESLOCAMENTO
TRABALHO = FORÇA x DESLOCAMENTO
2 3 TRABALHO DE UMA FORÇA
2.3.
F
d
τ = F . d. cos θ
FORÇA
DESLOCAMENTO
TRABALHO = FORÇA x DESLOCAMENTO
TORQUE ((momento, conjugado,
j g
binário))
É o fenômeno produzido por uma força
atuando ao longo de um braço de
alavanca,, sobre um ponto de apoio
alavanca
apoio,, com
a tendência de fazer este ponto adquirir
rotação.
rotação
t ã . A força
f
considerada
id
d
na
determinação do torque é aquela
tangente ao perímetro do movimento
rorativo.
rorativo
ti .
Componente
C
t
considerada
Direção da força
EXEMPLOS DE TORQUE
UNIDADE DE TORQUE (SI):
mkgf
F
NÃO CONFUNDIR COM
Kgfm QUE É UNIDADE DE
TRABALHO
O
TORQUE = FORÇA . DISTÂNCIA
F
F
Engrenagem
motora
b
F
Engrenagem
movida
B
CAIXA DE CÂMBIO
POTÊNCIA
F
d
P=
F . d. cos θ
∆t
=
τ
∆t
P=
F . d. cos θ
∆t
d
∆t
=V
P=F.V
POTÊNCIA NUM MOVIMENTO ROTATIVO
P=F.V
VELOCIDADE
ANGULAR
ω=
=ω.R
θ
∆t
θ = 2.π
2.π.n
P = F.
F 2.
2 π.N.R
2.π
NR
V=
2.π
2.
π.n.R
∆t
TORQUE
N - Rotação
POTÊNCIA NUM MOVIMENTO ROTATIVO
P=F
F.2.
2 π.N.R
2.π
NR
TORQUE
P = 2.
2 π.N.T
2.π
NT
NUMA RODA...
RODA
T = F.r
Fr
r
ω
F
P = 2.π.N.T
ENTRE ENGRENAGENS E
POLIAS
POTÊNCIA É UMA FORMA DE SE MEDIR A
VELOCIDADE EM QUE UMA FORMA DE
ENERGIA SE TRANSFORMA EM OUTRA
PORTANTO QUANDO SE TRANSMITE
PORTANTO,
POTÊNCIA ENTRE ENGRANAGENS E
POLIAS,
POLIAS DEVE
DEVE--SE LEMBRAR QUE HÁ
CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
A FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA DE UMA
TRANSMISSÃO
à DE TRATORES É A
Ç
DO TORQUE E
ALTERAÇÃO
VELOCIDADE EM FUNÇÃO DO
ACOPLAMENTO DE ENGRENAGENS.
ENGRENAGENS
ASSIM, FORMAFORMA-SE UMA CADEIA
CINEMÁTICA POR ONDE A ROTAÇÃO
DO MOTOR É REDUZIDA E O TORQUE
POR ELE FORNECIDO É AMPLIADO
N1
r2
r1
N2
T1
P1 = P2
T2
Exemplo de aplicação de transmissão por correias
Em máquina estacionária.
Transmissão mecânica
z
z
z
z
z
Embreagem
C i d
Caixa
de câmbio
â bi
Diferencial
Redução final
Tomada de Potência
CABO FLEXÍVEL
CORRENTES
(VER VÍDEOS NA PASTA “FILMES”)
CORRENTES 2
DIFERENCIAL
ENGRENAGENS (REDUÇÃO)
ENGRENAGENS
JUNTA UNIVERSAL
HASTE RÍGIDA
PARA MÁQUINAS AGRÍCOLAS EM GERAL
POLIAS E CORREIAS
REGULADOR
Transmissão em tratores
z
Tipos de transmissão
z
z
z
Mecânica - a potência é transmitida do motor ao
rodado por mecanismos de contato direto
((embreagens
g
e engrenagens)
g
g
)
Hidráulica - a potência é transmitida através de
meio
e o fluido
u do
Hidromecânica - composição de transmissão
hidráulica (acoplamento fluido, conversor
hidráulico de torque) e transmissão mecânica
VISTA PARCIAL DE UM PAINEL DE
COMANDOS
A evolução
histórica do
trator
Mialhe,
1980
A evolução
histórica do
trator
FORMAS DE UTILIZAÇÃO DA POTÊNCIA DISPONÍVEL
NO MOTOR DO TRATOR
EXERCENDO TRAÇÃO
ACIONAMENTO MECÂNICO
ACIONAMENTO HIDRÁULICO
DE MÁQUINAS
DE MÁQUINAS E 3 PONTOS
MOTOR
Mialhe, 1980
Trator com transmissão 4 x 2 auxiliar
DIFERENCIAL
DIANTEIRO
ESQUEMA DO SISTEMA DE TRANSMISSÃO
DOS TRATORES AGRÍCOLAS
CAIXA DE
MUDANÇA DE
MARCHAS
REDUÇÃO
Ç
FINAL
DIFERENCIAL
MOTOR
EMBREAGEM
TOMADA DE
POTÊNCIA
RODA
CAIXA
DE
MARCHAS
DIFERENCIAL
REDUÇÃO
FINAL
EMBREAGEM
É O DISPOSITIVO MECÂNICO RESPONSÁVEL POR
TRANSMITIR POTÊNCIA DO MOTOR PARA A CAIXA
DE MUDANÇA DE MARCHAS
FUNÇÕES BÁSICAS:
BÁSICAS
9 Transmitir movimento do motor para os demais
mecanismos da transmissão, de modo gradativo e
suave, sem vibração ou deslizamentos
9 Interromper a transmissão de potência do motor à
transmissão permitindo a troca de marchas
9 Permitir a parada do trator ou de equipamentos
acoplados à tomada de potência
DESACOPLAMENTO
(DEBREAGEM)
Como funciona?
MOTOR GIRANDO
MOTOR GIRANDO
TIPOS MAIS COMUNS DE
EMBREAGENS DE TRATORES
EMBREAGEM SECA:
Funciona de forma que o disco está em contato
direto com o platô e o volante, sem a ação de
nenhum lubrificante.
lubrificante É o mecanismo mais
comum.
EMBREAGEM A BANHO DE ÓLEO:
O conjunto funciona dentro de óleo da caixa de
transmissão. O acionamento e funcionamento é
mais suave.
Embreagem
z
Função
z
Promover ou interromper a conexão motormotor
caixa, possibilitando:
z
z
z
z
arranque do trator
mudança de marcha
funcionamento independente do motor
Direção nos tratores de esteiras (embreagens de
direção)
ALAVANCAS
CAMBIO E
REDUZIDA
ÊMBOLO E CILINDRO
DO LEVANTE HIDRÁULICO
BICOS
INJETORES
ALAVANCA
DA TPD
TDP
EMBREAGEM
SISTEMA DE
FREIOS
DIFERENCIAL
ÁRVORE DE
MANIVELAS
EIXO DE TRANSMISSÃO
DIANTERIA
CAIXA DE
MARCHAS
EMBREAGEM MONOMONO-DISCO
EMBREADO
DEBREADO
Embreagem de um disco
a
ATARES e LAGUNA BLANCA, 2000
DISCO DE EMBRAGEM
ATARES e LAGUNA
BLANCA, 2000
Embreagem de dois discos
ATARES e LAGUNA BLANCA, 2000
Caixa de mudança de marchas
z
Função
z
z
Transformar torque e rotação
N movimento
No
i
t circular
i l
Caixa de mudança de marchas
z
Função
z
z
Transformar torque e rotação
N movimento
No
i
t circular
i l
z
Potência = Torque x Rotação
Caixa de mudança de marchas
z
Função
z
z
D movimento
Do
i
t circular
i
l (GIRO DO MOTOR)
z
z
Transformar torque e rotação
Potência = Torque x Rotação
No movimento linear
Caixa de mudança de marchas
z
Função
z
z
N movimento
No
i
t circular
i
l
z
z
Transformar torque e rotação
Potência = Torque x Rotação
No movimento linear
z
Potência = Força x Velocidade
Grupo redutor
ATARES e LAGUNA BLANCA,
2000
Grupo redutor
ATARES e LAGUNA BLANCA, 2000
1a marcha
ATARES e LAGUNA BLANCA, 2000
2a marcha
ATARES e LAGUNA BLANCA, 2000
3a marcha
h
ATARES e LAGUNA BLANCA,
2000
Caixa sincronizada
ATARES e LAGUNA BLANCA,
2000
ATARES e LAGUNA BLANCA,
2000
Engrenado
d
ATARES e LAGUNA BLANCA, 2000
Discos
Principais
Prato de
Pressão
Principal
Prato de
Pressão
Secundário
Discos
Secundários
Escalonamento de marchas
Transmissões
automáticas
ái
CAIXA DE MUDANÇA DE
MARCHAS OU CAIXA DE CÂMBIO
CONSISTE DE UMA SÉRIE
É
DE
ENGRENAGENS QUE SERVE PARA
REDUZIR O MOVIMENTO DE
ROTAÇÃO
à QUE RECEBE DA
ÁRVORE DE MANIVELAS (ADM)
MULTIPLICANDO O TORQUE
TIPOS DE CAIXA DE CÂMBIO
9 TRANSMISSÃO MECÂNICA
CONVENCIONAL
9 TRANSMISSÃO HIDROSTÁTICA
OU SEMISEMI-AUTOMÁTICA
9 TRANSMISSÃO HIDRODINÂMICA
EIXO PRIMÁRIO
CONVENCIONAL
LIGADO À
EMBREAGEM
G
EIXO SECUNDÁRIO
PARA O
DIFERENCIAL
C
PARA A TDP
EIXO INTERMEDIÁRIO
CAIXA DE MARCHAS DE 18
VELOCIDADES À VANTE E
4 A RÉ.
CAIXA DE MUDANÇA DE
MARCHAS OU CAIXA DE CÂMBIO
atenção!
O QUE SE PERDE EM VELOCIDADE
(N) GANHAGANHA-SE EM TORQUE (T)
E VICEVICE-VERSA...
VERSA
TMOTOR . NMOTOR . EfTRANSMISSÃO = TRODADO . NRODADO
ALAVANCAS DE CÂMBIO
MARCHAS SIMPLES
MARCHAS REDUZIDAS
TRANSMISSÃO MECÂNICA
9 FUNCIONA COM O ACOPLAMENTO
SINGULAR DE PARES DE
ENGRENAGENS
9 AS ENGRENAGENS DESLIZAM
SOBRE ÁRVORES DE TRANSMISSÃO
PARA SE ACOPLAREM UMA ÀS
OUTRAS
9 É COMPOSTA BASICAMENTE DE 3
ÁRVORES
TRANSMISSÃO MECÂNICA
9 ÁRVORE PRIMÁRIA: ligada
g
ao disco de
embreagem recebe o movimento do motor e
introduz potência no mecanismo
VOLANTE
EMBREAGEM
TRANSMISSÃO MECÂNICA
9 ÁRVORE INTERMEDIÁRIA: dá movimento ao
secundário, também chamado de grupo.
Suas engrenagens são fixas no eixo.
VOLANTE
EMBREAGEM
TRANSMISSÃO MECÂNICA
9 ÁRVORE SECUNDÁRIA: está ligada
g
ao
pinhão do diferencial e tem as engrenagens
deslizantes para permitir engrenamento.
VOLANTE
EMBREAGEM
CONDIÇÃO DE ENGRENAMENTO
1. AS DUAS ENGRENAGENS DEVEM
ESTAR PARADAS
Esta condição é conseguida em duas
situações:
ç
a) Com o motor funcionando e o trator
parado e com a caixa de câmbio
debreada
b) Com o motor do trator desligado
CONDIÇÃO DE ENGRENAMENTO
1. AS DUAS ENGRENAGENS DEVEM
ESTAR COM VELOCIDADES
PERIFÉRICAS IGUAIS
Esta condição é conseguida em duas
ç
situações:
a) Com a presença de mecanismo
sincronizador
i
i d
b) Com habilidade do operador
DETERMINAÇÃO DE RELAÇÃO
DE TRANSMISSÃO
à MECÂNICA
Â
n2
N1
=
N2
n1
OU
N1. n1 = N2 . n2
N = rpm
N = NO. DE DENTES
QUAL A RELAÇÃO DE TRANSMISSÃO ENTRE ELAS?
RT(1 a 4) = RT1 a T2 x RT2 a T3 x RT3 a T4
RT1 a T2 = 15 / 24 = 0
0,625
625
RT2 a T3 = 15 / 15 = 1,000
,
RT3 a T4 = 24 / 15 = 1,6 RT(1 a 4) = 0,625 x 1,0 X 1,6 = 1
PARA CÁLCULOS DE RELAÇÃO DE TRANSMISSÃO
COM BASE NA ROTAÇÃO (N):
MOTORA / MOVIDA
PARA CÁLCULO COM BASE NO NO. DE DENTES(n):
MOVIDA / MOTORA
TRANSMISSÃO AUTOMÁTICA
SATÉLITES
S
S
COROA
PINHÃO
DA C
CAIXA DE
MARCHAS
DIFERENCIAL
CAIXA DE
MARCHAS
TDP
FREIO
DESLOCAMENTO EM LINHA RETA AS RODAS
MOTORAS PRATICAMENTE,
MOTORAS,
PRATICAMENTE GIRAM COM
A MESMA VELOCIDADE ANGULAR.
DESLOCAMENTO EM CURVA,
CURVA AS RODAS
DO LADO EXTERNO DA CURVA IRÃO GIRAR
EM MAIOR VELOCIDADE (tangencial)
(t
i l) DO QUE AS
RODAS INTERNAS.
ESTA “COMPENSAÇÃO” ENTRE
VELOCIDADES É EFETUADA PELO
DIFERENCIAL!
V1
R1
V2
R2
V1 > V2
R2 > R1
BLOQUEIO DO DIFERENCIAL?
AÇÃO DE UM MECANISMO QUE ELIMINA
A POSSIBILIDADE DAS RODAS GIRAREM
EM DIFERENTES ROTAÇÕES, MESMO EM
LINHA RETA.
É O CASO DO TRATOR OPERANDO E, UMA RODA
TRAFEGANDO SOBRE TERRENO MAIS SOLTO E
OUTRA EM TERRENO MAIS FIRME, OCORRENDO
DERRAPAGEM NA PRIMEIRA, PREJUDICANDO A
MARCHA ADEQUADA DO TRATOR.
ATENÇÃO:
TRATOR EFETUANDO OPERAÇÃO DE TRAÇÃO
DEIXAR O DIFERENCIAL BLOQUEADO, PARA SER
TER MENOR PATINAMENTO
EM DESLOCAMENTOS DE ESTRADAS
DESBLOQUEAR O DIFERENCIAL!
DETERMINAR A RELAÇÃO DE TRANSMISSÃO E A
ROTAÇÃO
Ç
DE UMA RODA MOTRIZ DE 1,80
, m DE
DIÂMETRO EFETIVO, SENDO QUE A TRANSMISSÃO
ATÉ O RODADO SEGUE O ESQUEMA ABAIXO:
DIFERENCIAL
CÂMBIO
6
MOTOR
A
1200 rpm
4
5
1
7
2
3
RAIO MÉDIO DA
ENGRENAGEM 1 = 5 cm
RODA
NO. DE DENTES DAS
ENGRENAGENS:
1 = 15
2 = 90
3 = 25
4 = 85
5 = 20
6 = 90
7 = 80
PARA CÁLCULO COM BASE
NO NO. DE DENTES(n):
MOVIDA / MOTORA
6
4
5
1
7
2
3
NO. DE DENTES DAS
ENGRENAGENS (n):
1 = 15
2 = 90
3 = 25
4 = 85
5 = 20
6 = 90
7 = 80
RT = (n2 / n1) . (n4 / n3) . (n6 / n5) . (n7 / n6)
RT = (90 / 15) . (85 / 25) . (90 / 20) . (80 / 90)
RT = 6 . 3,4 . 4,5 . O,89 = 81,7 : 1
OU SEJA, PARA CADA 81,7 ROTAÇÕES DO MOTOR
A RODA GIRA UMA VEZ.
PARA CADA 81,7 ROTAÇÕES DO MOTOR
A RODA GIRA UMA VEZ. COMO A RODA TEM
UM DIÂMETRO DE 1,80 m...
PERÍMETRO DA RODA = 2 . Π . r
= 2 . 3,1416
,
. 0,90
, = 5,65
, m
1 VOLTA DA RODA = 5,65
5 65 m
y VOLTAS DA RODA/min.
y = 82,99
82 99 m/min.
m/min
y = 4,99 km/h
81
81,7
7 rpm NO MOTOR
1200 rpm NO MOTOR
PARA CÁLCULO COM BASE
NA ROTAÇÃO(N):
MOTORA / MOVIDA
6
4
5
1
1200 rpm
NO MOTOR
7
2
3
PERÍMETRO
DA RODA
COMO: RT = 81, 7 : 1
r = 0,9 m
VRODA = 2 . Π . r . NRODA
VRODA = 5,65 . (1200 / 81,7) = 82, 99 m/min
VRODA = (82, 99 m/min) . (60 min / h) = 4,99 km/h
“NINGUÉM ENSINA NADA PARA NINGUÉM.
PAIS PROFESSORES,
PAIS,
PROFESSORES LIVROS
LIVROS, MULTIMIDIA ETC
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SÃO MEIOS QUE FALICITAM O APRENDIZADO
DE QUEM QUER APRENDER
APRENDER”
(T.C.C.Ripoli, 1990)
SCT/CNPq/IBICT, 1991
468 p.
ED. CERES, 1974
301 p.
ED. MANOLE, 1987
307 p.
F I M
ED. EPUEPU-EDUSP, 1980
289 p.