UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
ENGENHARIA MECÂNICA – AUTOMAÇÃO E SISTEMAS
Dimensionamento de relação de transmissão de caixa de mudanças, de
veículo comercial leve, para aplicação específica.
Alexandre Bevilaqua Canina
ITATIBA
2005
ii
UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
ENGENHARIA MECÂNICA – AUTOMAÇÃO E SISTEMAS
Dimensionamento de relação de transmissão de caixa de mudanças, de
veículo comercial leve, para aplicação específica.
Monografia apresentada à disciplina
Trabalho de Conclusão de Curso, do Curso
de Engenharia Mecânica – Automação e
Sistemas da Universidade São Francisco,
sob a orientação do Prof. Dr. Fernando
César Gentile, como exigência parcial para
conclusão do curso de graduação.
ITATIBA
2005
iii
Dimensionamento de relação de transmissão de caixa de mudanças, de
veículo comercial leve, para aplicação específica.
Alexandre Bevilaqua Canina
Monografia defendida e aprovada em 28 de Novembro de 2005 pela Banca
Examinadora assim constituída:
Prof. Dr. Fernando César Gentile ( Orientador )
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
Prof. Ivo Giannini
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
Prof. Mirian de Lourdes Noronha Motta Melo
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
iv
DEDICATÓRIA :
A meus pais Reinaldo Canina e Maria de
Fátima B. Canina, que tantos esforços
fizeram para que eu chegasse até aqui.
A todos os meus familiares que sempre
entenderam minha ausência nas reuniões
de família.
Serei eternamente grato a todos.
v
SUMÁRIO
Lista de Siglas.............................................................................................................vii
Lista de Figuras............................................................................................................ix
Lista de Tabelas............................................................................................................x
Resumo.........................................................................................................................xi
1) Introdução................................................................................................................01
2) Revisão Bibliográfica..............................................................................................02
2.1) Veículos Comerciais...........................................................................................02
2.2) Engrenagens .....................................................................................................02
2.2.1) Engrenagens helicoidais..........................................................................02
2.3) Cálculo do torque recebido pelas engrenagens..................................................06
2.4) Cálculo de velocidade do veículo........................................................................06
2.5) Câmbio ou caixa de mudanças..................................................................07
2.5.1) Câmbio automático......................................................................07
2.5.2) Câmbio semi-automático.............................................................08
2.5.3) Câmbio manual............................................................................08
3) Metodologia ............................................................................................................12
3.1) Especificações técnicas.................................................................................... 12
3.1.1) Motorização............................................................................................ 12
3.1.2) Eixo Traseiro............................................................................................13
3.1.3) Rodas e pneus....................................................................................... 14
3.2) Valores da caixa de mudanças.......................................................................... 14
3.3) Dados de desempenho do veículo..................................................................... 17
3.4) Definição das novas relações de engrenamento............................................... 18
3.4.1) Definição da nova velocidade máxima.....................................................18
3.4.2) Definição das relações intermediárias......................................................19
3.5) Gráficos dente-de-serra.......................................................................................22
3.6)Dimensionamento das engrenagens...................................................................23
3.7) Construção das engrenagens............................................................................26
3.8) Medições............................................................................................................26
3.8.1) Teste do consumo de combustível......................................................26
3.8.2) Medição da quantidade de mudanças de marchas.............................28
3.8.3) Conforto e segurança do veículo.........................................................28
3.8.4) Idoneidade das medições....................................................................29
vi
4) Resultados e discussões ......................................................................................30
5) Conclusões..............................................................................................................32
6) Referências Bibliográficas.................................................................................... 34
vii
LISTA DE SIGLAS
ec: número de dentes da engrenagem constante [ Eq. 9]
Emot::
número de dentes da engrenagem movida [ Eq. 10]
Emov : número de dentes da engrenagem motora [ Eq. 10 ]
ep: número de dentes do entalhe do eixo intermediário [ Eq. 9]
F : Largura da face [Eq. 6]
i : relação de engrenamento [ Eq. 7]
ic: relação de engrenamento constante [ Eq. 9]
ifinal : relação de engrenamento final [ Eq. 11 ]
im: relação de engrenamento de cada marcha [ Eq. 10]
J : Fator geométrico de resistência de flexão. [ Eq. 6]
ka : Fator de aplicação [ Eq. 6]
kb : Fator de espessura de borda [ Eq. 6]
km: Fator de distribuição de cargas [ Eq. 6]
ks : Fator de tamanho [ Eq. 6]
kt : Fator de ciclo de carga [ Eq. 6]
kv : Fator dinâmico para cargas de vibrações [ Eq. 6]
m : Módulo métrico [ Eq. 6]
pn : Passo Normal [ Eq. 1]
pt : Passo Transversal [ Eq. 1]
px : Passo Axial [ Eq. 2]
rc : Relação de transmissão do câmbio [ Eq. 8]
rd : Raio dinâmico do pneu [ Eq. 8]
re : Raio na engrenagem [ Eq. 3]
rpm : Rotações por minuto [ Eq. 8]
rt : Relação de transmissão no eixo traseiro [ Eq. 8]
te : Torque na engrenagem [ Eq. 3]
tm : Torque produzido pelo motor [ Eq. 7]
tp : Torque no pinhão [ Eq. 7]
te: Torque na engrenagem [ Eq. 3]
Vel : Velocidade em Km/h [ Eq. 8]
w : Força total no dente da engrenagem [ Eq. 6]
wr : Força radial no dente da engrenagem [ Eq. 3]
wt : Força tangencial no dente [ Eq. 4]
viii
φ : Ângulo de pressão normal [Eq. 4]
σ b : Tensão de Flexão [ Eq. 6]
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Geometria de uma cremalheira helicoidal [1].............................................4
Figura 2.2 - O caminho percorrido pela força, do motor até as rodas..........................8
Figura 2.3 – Movimento de engate de uma marcha selecionada[2]..............................10
Figura 2.4 – Caminho da força percorrida na caixa de mudanças, de acordo com as
marchas selecionadas [3] .............................................................................................11
Figura 3.1 – Curva de desempenho motor OM 612 LA [6]............................................13
Figura 3.2 – A caixa de câmbio completa, representada com um corte transversal [3]15
Figura 3.3 – Diagrama de marchas original e modificado ............................................20
Figura 3.4 – Gráfico dente-de-serra com as relações originais.....................................22
Figura 3.5 – Gráfico dente-de-serra com as novas relações de marchas.....................23
Figura 3.6 – Mapa do trajeto a ser percorrido nos testes..............................................28
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Principais medidas do motor ciclo Diesel OM 612 LA [6]...........................12
Tabela 2 – Opções de reduções do eixo traseiro [6].....................................................13
Tabela 3 – Medidas de pneus usados e valores do raio dinâmico [6]...........................14
Tabela 4 – Valores das relações de marchas [6]..........................................................16
Tabela 5 – Número de dentes das engrenagens [6].....................................................16
Tabela 6 – Valores para pneu 205/75 R 17,5 e Eixo traseiro 43:7................................17
Tabela 7 - Valores para pneu 205/75 R 17,5 e Eixo traseiro 40:7................................17
Tabela 8 - Valores para pneu 215/75 R 17,5 e Eixo traseiro 43:7...............................17
Tabela 9 - Valores para pneu 215/75 R 17,5 e Eixo traseiro 40:7...............................18
Tabela 10 Valores de velocidade máxima.....................................................................18
Tabela 11 – Velocidade máxima do veículo quando equipado com o novo câmbio.....19
Tabela 12 – Novas relações teóricas para as marchas 2, 3 e 5...................................20
Tabela 13 – Número de dentes dos componentes da relação constante [6] ...............21
Tabela 14 - Número de dentes dos novos pares de engrenamento.............................21
Tabela 15 – Novas relações teóricas para as marchas 2, 3 e 5...................................21
Tabela 16 - Valores encontrados para a 2º marcha movida ........................................24
Tabela 17 - Valores encontrados para a 3º marcha motora ........................................24
Tabela 18 - Valores encontrados para a 3º marcha movida ........................................25
Tabela 19 - Valores encontrados para a 5º marcha motora ........................................25
Tabela 20 - Valores encontrados para a 5º marcha movida.........................................26
Tabela 21 – Valores obtidos nos testes........................................................................32
xi
RESUMO
Dimensionando de forma otimizada uma caixa de mudanças de um veículo
comercial, espera-se obter uma melhoria no consumo de combustível e menor
desgaste do motor do veículo, pois o mesmo irá sempre trabalhar em uma faixa de
torque mais adequada. Deseja-se também obter um maior conforto para o condutor do
veículo devido à otimização das relações de engrenamento da caixa de mudanças.
Com os cálculos dimensionais, foram feitos estudos para que chegasse à melhor
relação de marchas possível para a aplicação desejada. Gráficos demonstrativos dão
uma melhor idéia de como se comportou o câmbio do veículo e a que rotação ele esta
em uma determinada velocidade, verificando-se assim, como uma prévia da parte
dinâmica, se os resultados esperados foram comprovados na prática. A montagem do
câmbio em veículo para testes dinâmicos mostrou, na prática e de forma definitiva, os
resultados alcançados com este novo dimensionamento da caixa de mudanças. Os
resultados obtidos foram da ordem de 4,04 %, na redução de consumo de combustível
e aumento de 4,02 % na quantidade de mudanças de marchas. Este dois itens são os
únicos mensuráveis, pois os outros itens de avaliação são subjetivos.
Palavras Chaves : Câmbio, Caixa de Mudanças, Engrenagens, Dimensionamento
1
1. INTRODUÇÃO
O cálculo de dimensionamento de engrenagens já é bem é conhecido, sendo
largamente utilizado para outras engrenagens, não somente para caixa de mudanças
automotivas, mas também para engrenagens de transmissões de máquinas em geral.
Sendo este projeto focado na indústria automobilística, foi feito algo semelhante ao já
conhecido pelas indústrias, porém foram usadas as informações que mais se
adequam à necessidade de cálculos e construções.
Este projeto tem como principal motivação a adequação de um veículo
comercial leve, para o uso tipicamente urbano. Aproveitando o conceito criado pela
prefeitura da cidade de São Paulo onde, somente os veículos leves poderão circular
em algumas ruas da cidade, criando assim o conceito chamado VUC – Veículo Urbano
de Carga, o qual, devido as suas características como peso, tamanho e nível de
emissões de poluentes, se torna mais adequado, tanto no aspecto ambiental, como no
sonoro e visual, melhorando assim, o trânsito, o ar, e a qualidade de vida, já bastante
crítica em São Paulo.
OBJETIVO
O objetivo deste trabalho é readequar as transmissões do veículo para que o
mesmo trabalhe de forma otimizada ao trânsito da cidade, uma vez que, como os tipos
de utilização de um caminhão são os mais variados possíveis, a montadora precisa
definir uma relação de transmissão que atenda de forma satisfatória a todas as
aplicações, e com o trabalho a faixa de utilização do veículo ficará limitado à somente
o uso em cidades.
2
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 VEÍCULOS COMERCIAIS
Por designação geral, um veículo é chamado de comercial quando ele é
utilizado com sua principal função a de gerar divisas, ou seja, quando um veículo gera
recursos para alguém. Um veículo pode ser igual à outro e ser destinado a uso
particular, designado de passeio. Um exemplo disso são os veículos tipo “Van”, que
podem ser adquiridos por uma família numerosa que precise de um veículo grande e
também pode ser adquirido por uma pessoa que vá utilizá-la no transporte
remunerado de passageiros.
2.2 ENGRENAGENS [1]
Acredita-se que o uso de engrenagens ou rodas dentadas seja tão antigo
quanto à roda, porém há muitas divergências quanto à precisão de quando isto
ocorreu. É creditado a Aristóteles (384-322 AC) e sua obra “Problemas Mecânicos”,
os primeiros registros escritos do uso de engrenagens para transmissão de forças.
Por volta de 60 DC, Hero, descreveu utilização de diversas rodas dentadas em sua
mais variadas apresentações.
Entretanto, acredita-se que o uso da engrenagem tenha tido seu “salto” de
desenvolvimento devido á sua utilização em relógios mecânicos por volta do século
XIII.
Dos variados tipos de engrenagens conhecidos hoje, tem-se nesse trabalho
especial interesse no estudo das engrenagens do tipo helicoidal.
2.2.1 ENGRENAGENS HELICOIDAIS
As engrenagens helicoidais são engrenagens similares às engrenagens retas,
porém com seus dentes inclinados, de forma a transmitir maiores potências, forças e
gerar menores níveis de ruídos.
As engrenagens helicoidais podem ser de dois tipos :
3
ENGRENAGENS HELICOIDAIS CRUZADAS :
No engrenamento os dentes de contato escorregam sem rolamento e estão, ao
menos em teoria, em contato pontual. Com isto sua capacidade de carregamento de
cargas fica seriamente prejudicada. As engrenagens helicoidais cruzadas não devem
ser usadas para transmitir altos índices de potência e torque, entretanto, elas são
altamente usadas em aplicações em que são carregadas com baixas cargas, como
por exemplo, velocímetro de automóveis. Não serão objeto de estudo nesse trabalho.
ENGRENAGENS HELICOIDAIS RETAS OU PARALELAS
O engrenamento se dá por uma combinação de deslizamento e rolamento, com
o contato entre os dentes começando na extremidade do mesmo e percorrendo toda a
extensão do dente de forma cruzada. Como conseqüência deste engrenamento temse que engrenagens helicoidais são mais silenciosas e produzem menores valores de
ruídos quando comparadas com as engrenagens retas. Isto se dá por causa do
contato gradual dos dentes, que é uma características particular das engrenagens
helicoidais, enquanto que na engrenagem com dentes retos, o contato se dá de uma
só vez.
Nas transmissões automotivas, o uso deste tipo de engrenagem chega a
praticamente 100%, sendo que, fazem parte dessas exceções os veículos para
competições e as engrenagens da marcha à ré, onde nestes casos são utilizadas
engrenagens, com dentes retos.
GEOMETRIA DA ENGRENAGEM HELICOIDAL
A figura 2.1, mostra a geometria de uma cremalheira helicoidal. Nela os dentes
formam um ângulo de hélice (ψ ), com o eixo reto da cremalheira. O corte dos dentes
se dá neste ângulo e a forma do dente está mostrada no plano normal. Neste plano
se medem, o passo normal ( pn) e o ângulo de pressão normal ( φn ), já o passo
transversal (pt ) e o ângulo de pressão transversal ( φt ), como o nome já diz, são
medidos no plano transversal. A hipotenusa do triângulo reto ABC, fornece o passo
transversal, como visto na equação 1.
4
Figura 2.1 : Geometria de uma cremalheira helicoidal [1]
Pt =
Pn
cosψ
[Eq. 1]
Pt : Passo Transversal
Pn: Passo Normal
Com a hipotenusa do triângulo reto BCD, podemos definir o passo axial Px, como
segue na equação 2.
Px=
Pn
senψ
[Eq. 2]
Onde :
Px: Passo Axial
5
FORÇAS EM ENGRENAGENS HELICOIDAIS
Na figura 2.1, vemos uma ilustração esquemática das forças que existem em
uma engrenagem helicoidal, agindo sobre um dente. Esta força chamada na figura de
W, é definida pelo ângulo de pressão e também pelo ângulo de hélice. A força Wt,
pode ser definida pelo torque aplicado na engrenagem, como mostra a equação 3.
Wt =
te
re
[Eq. 3]
Onde :
te : Torque na Engrenagem
re : Raio Engrenagem
Devido ao ângulo de pressão surge uma componente de força W, que age
separando as engrenagens de forma axial. Para tanto devem ser usados mancais que
suportem cargas axiais quando se lança mão do uso de engrenagens deste tipo. Se
as engrenagens forem montadas com a inclinação dos dentes em direções opostas
este tipo de mancal não se faz necessário, pois neste casos as forças se anulam.
As componentes de força em um engrenamento helicoidal é dada pelas equações 4 e
5 conforme segue abaixo :
Wr = Wt. tan φ
W =
Wt
cosψ
[Eq. 4]
[Eq. 5]
TENSÕES EM ENGRENAGENS HELICOIDAIS
TENSÃO DE FLEXÃO
σb =
Wt KaKm
.
KsKbKi
FmJ Kv
[Eq. 6]
6
Onde :
Wt : Força Tangencial no dente
F : Largura da Face
J : Fator geométrico de resistência de flexão
m : módulo métrico
Kv : Fator dinâmico para cargas de vibrações, que é gerada internamente pelo
impacto de dente contra dente. A isso se dá o nome de “erros de transmissão” e
quanto menor a precisão de engrenagem pior será o erro de transmissão.
Km : Fator de distribuição de carga. Quando há um desalinhamento axial, ou um
desvio na forma dos dentes, isso fará com que a carga a ser transmitida por Wt, fique
desbalanceada quanto a forma de transmissão
sobre a largura da face das
engrenagens.
Ka : Fator de aplicação.
Ks : Fator de tamanho . Normalmente utiliza-se fator igual a 1, salvo se os dentes da
engrenagem forem muito grandes.
Kt : Fator de ciclo de carga. Se a engrenagem fica livre, como por exemplo um
intermediária, ela está propensa a ter mais ciclo de tensão em cada unidade de tempo
e também a maiores cargas alternantes. Por isso este fator Kt é definida como sendo
igual a 1,42 para as engrenagens soltas e igual a 1,0 para engrenagens não-soltas.
Kb : Fator de espessura de borda.
2.3 CÁLCULO DO TORQUE RECEBIDO PELAS ENGRENAGENS
tp = i . tm
[Eq. 7]
onde:
tp : Torque no pinhão
i : relação de engrenamento
tm : Torque produzido pelo motor
7
2.4 CÁLCULO DE VELOCIDADE DO VEÍCULO
Vel. =
rpm.rd .0,3768
rt.rc
[Eq. 8]
onde :
Vel. : Velocidade do veículo em km/h.
rpm : Rotações por minuto do motor.
rd : Raio dinâmico do pneu, ver tabela 3.
rt : Relação de transmissão do eixo traseiro ( diferencial).
rc : Relação de transmissão do câmbio
2.5 CÂMBIO OU CAIXA DE MUDANÇAS
2.5.1 CÂMBIO AUTOMÁTICO
O câmbio automático tem inicio na década de 30, quando um brasileiro
desenvolveu o primeiro câmbio automático, na época chamado de hidramático.
Durante muito tempo os câmbios automáticos foram sendo aperfeiçoados a partir da
idéia do brasileiro, principalmente nos EUA, onde este tipo de transmissão chega a
equipar 95% dos carros produzidos, valor este que se mantém constante desde a
década de 60. No Brasil, os câmbio automáticos, até a metade dos anos 90
equipavam
somente
os
carros
importados,
sendo
no
Brasil
até
chamado
preconceituosamente de carros “adaptados” para deficientes físicos, devido a
ausência de troca de marchas manuais.
Somente na segunda metade dos anos 90 que começou a se popularizar nos
automóveis fabricados no Brasil. Hoje existem diversos tipos de transmissões
automáticas, a maioria delas com controle eletrônico de mudança de marchas,
controle estes que reconhecem a maneira de dirigir do motorista e acompanha as
trocas de marchas de acordo com o “gosto” do motorista. Outros modelos de
transmissão automática, possuem os controles localizados no volante ou atras dele,
fazendo a troca de marchas somente por botões ou borboletas.
Em veículos comerciais, no Brasil rarissímos são os casos em que existem a
opção de se equipar um modelo com câmbio automático, mais raros ainda, são os
casos em que o cliente realmente compra um veículo equipado com este tipo de
transmissão. Em alguns ônibus novos existe a opção de se equipar o veículo com
8
transmissão automática, porém, devido ao alto custo deste sistema, pouco se
emprega em ônibus.
Em países europeus, como por exemplo a Alemanha, a situação é inversa, ou seja,
quase que a totalidade dos veículos são equipadas com câmbio automático, devido a
principalmente uma cultura diferente da nossa, além de várias outras situações que
diferem muito da nossa realidade aqui, tais como : clima, relevo, condições de
trabalho, condições da estrada, entre outras.
O veículo Sprinter, oferece este sistema de câmbio com o nome de Sprintshift,
sendo possível utilizar a transmissão totalmente automática ou a mudança de marchas
por meio de toques seqüenciais para cima e para baixo, para ascender ou reduzir as
marchas, respectivamente.
2.5.2 CÂMBIO SEMI-AUTOMATICO
O câmbio semi-automático, é um avanço recente da industria automobilista
mundial, surgindo no final da década de 90. No Brasil este tipo de transmissão foi
introduzida pela montadora Mercedes-Benz, em 1999, no modelo Classe A, com o
sistema sendo denominado de AKS, depois do Classe A, vieram Palio e Corsa.
Este sistema de transmissão utiliza uma caixa de mudanças mecânica, igual a
manual, sendo que o que diferencia uma da outra é o sistema de embreagem do
veículo.
Como o câmbio automático a sua aplicação para veículos comerciais é ínfima,
sendo igualmente desconsiderada nesse trabalho.
2.5.3 CÂMBIO MANUAL
Usando a definição mais simples possível, um câmbio ou caixa de mudanças, é
um dispositivo mecânico que tem como principal função, dividir ou multiplicar as
rotações de um motor até o seu uso final. Assim, o câmbio fica situado entre o motor e
a aplicação final, no caso, as rodas. Em veículos comerciais e também no veículo de
estudo, o câmbio fica situado acoplado ao motor, sendo separado deste apenas pela
embreagem. O destino final ou utilização final é o eixo motriz, no caso o eixo traseiro,
onde fica o diferencial e por sua vez as rodas traseiras que são as motrizes do veículo.
Vê-se portanto que, como dito anteriormente, o câmbio sempre estará entre o motor e
9
o uso final, no caso o veículo Accelo 715 C, a transmissão de força segue pelo
caminho da figura 2.2.
Motor
Câmbio
Eixo Cardan
Diferencial
Semi-eixos
Rodas
Figura 2.2 – O caminho percorrido pela força, do motor até as rodas.
O câmbio trabalha recebendo a força do motor através do conjunto de
embreagem (composto por platô e disco), que por sua vez recebe a força do volante
do motor. Ao receber a força do motor em forma de rotação o câmbio modifica a
quantidade de rotação a ser transmitida através da marcha selecionada pelo condutor
na alavanca de câmbio.
O câmbio recebe o torque do motor no chamado eixo primário que está com a
engrenagem correspondente a marcha desejada a ser engatada a uma segunda
engrenagem que faz par com esta. Esta segunda engrenagem fica presa ao eixo
secundário. Através da relação de números de dentes que existem nas duas
engrenagens que se dá a diferença das relações de marchas e que modifica a
velocidade desenvolvida pelo carro, apesar de se ter a mesma rotação do motor.
O câmbio sempre está com todas as marchas constantemente engrenadas, sendo que
as que não estão em uso estão virando em falso, ou seja não recebem nem
transmitem torque ao eixo.
Quem faz este selecionamento das marchas no câmbio é uma peça conhecida
como “garfo” ou luva de engate, que acopla os anéis sincronizadores nas engrenagens
fazendo com que elas passem a receber e transmitir força modificando assim a
quantidade de rotações do eixo. Podemos ver este movimento pela figura 2.3.
As marchas dos veículos são calculadas para que o veículo atenda todas as
necessidades de todos os consumidores, estando ele carregado ou não. Portanto ao
se pensar em adequar um veículo para um único tipo de aplicação pode se conseguir
bons resultados, pois está se fechando a faixa de aplicação.
As marchas de um veículo são dimensionadas para serem usadas de acordo
com a seqüência de números das marchas, parece obvio falar isso, mas muitos
condutores tem o hábito de “pular” uma marcha, saindo em segunda marcha ou
mesmo pulando de segunda para quarta, de terceira para quinta, etc. Este tipo de
utilização principalmente quando o veículo está vazio, é muito comum. Por mais
10
potência e torque que o motor tenha, nunca se recomenda que se coloque o veículo
em movimento em segunda marcha, pois com essa prática se prejudica de
sobremaneira o sistema de embreagem e a transmissão.
Figura 2.3 – Movimento de engate de uma marcha selecionada [2]
O caminho da força no câmbio é modificado através das mudanças das
marchas, multiplicando ou dividindo a força através das relações de marchas.
Observa-se na figura 2.4 como esse caminho é modificado de acordo com a marcha
selecionada. Note-se que visualmente o câmbio não se modifica em grandes
proporções, pois os engrenamentos das marchas se dão, como já dito anteriormente,
pelo engate da luva que percorre um deslocamento pequeno, cerca de 15 mm para
cada lado, contando a partir da posição neutra da mesma, ou seja da posição em que
ela não é selecionada.
Nota-se que quando se seleciona a quarta marcha o caminho percorrido pela
força não sofre modificação, isso se dá porque, neste câmbio, a quarta marcha é uma
marcha chamada de “marcha direta”, ou seja, ela não sofre nem ampliação, nem
redução, portanto ela transmite a rotação do motor de forma direta para o diferencial.
As marchas de número, um , dois e três sofrem divisão, ou seja, a rotação do motor é
dividida e transmitida às rodas com menores rotações do que o motor produz, nesses
11
casos o motor está com mais revoluções que o câmbio, motivo esse que, essas
marchas produzem mais força para o veículo do que se não tivesse câmbio.
Figura 2.4 – Caminho da força percorrida na caixa de mudanças, de acordo com as
marchas selecionadas. [3]
Já a marcha de número cinco sofre uma multiplicação, ou seja, o câmbio faz
com que a rotação do motor seja ampliada até que atinja o diferencial, por isso o motor
produz menos revoluções que o câmbio e essa marcha é usada para atingir maiores
velocidades, portanto ela transmite menos forças às rodas porém mais velocidade.
No caso da marcha à ré, ela normalmente tem uma relação parecida com a da
primeira marcha, porém para que o movimento das rodas sejam invertidos é
necessário que seja acoplada mais uma engrenagem ao câmbio, pois sempre que o
número de engrenagens, incluindo a motora, é impar o sentido do movimento é
mantido, e quando o número de engrenagens, incluindo a motor, é par o sentido é
diferente. Por isso no caso da marcha à ré é necessário que se tenha mais uma
engrenagem.
12
3. METODOLOGIA
3.1 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS
3.1.1 MOTORIZAÇÃO [6]
O motor utilizado no veículos Accelo 715 C é denominado de OM 612 LA, e é
do tipo ciclo Diesel, com fabricação pela DaimlerChrysler do Brasil, com 5 cilindros,
dispostos em linha, turboalimentado com intercooler, de 4 tempos com quatro válvulas
por cilindro ( duas de admissão e duas de escapamento ), duplo comando de válvulas
no cabeçote com abertura por correntes. Injeção direta com gerenciamento eletrônico (
Common Rail Direct Injection – CDI). O propulsor tem como principais medidas as
descriminadas na tabela 1.
Tabela 1 – Principais medidas do Motor ciclo Diesel OM 612 LA [6]
Medição
Unidades Valores
Potência efetiva líquida máx./rot.
115 kW (156 cv) @ 3800 / min
Rotação máxima
rpm
3800
Momento de força máx./rotação
Nm
330 (34 mkgf) @ 1400-2600 / min
Diâmetro x curso : cilindrada
mm : cm³ 88,0 x 88,4 : 2687
Relação de compressão
18 : 1
Este propulsor é homologado pelas normas de ensaio de potência efetiva
liquida máxima e momento de força máximo, de acordo com a norma NBR ISO 1585
[4], e homologado pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), Fase V [5]
que é equivalente à norma européia Euro III. O desempenho do motor pode ser visto
com sua curva de potência e torque, conforme mostra a Figura 3.1
13
Faixa de maior torque
consumo
Faixa de menor consumo
Figura 3.1 – Curva de Desempenho motor OM 612 LA – [6]
3.1.2 EIXO TRASEIRO [6]
O eixo traseiro também é do mesmo fabricante e sua denominação de modelo
é HL 1 / 10 C – 4,7, com 4,7 Ton. de capacidade de carga e duas opções de redução
do diferencial, conforme mostrado na tabela 2, os valores entre parênteses são
referentes ao número de dentes da coroa e do pinhão, nesta ordem.
Tabela 2 – Opções de reduções do eixo traseiro. [6]
14
Opção
Valores
1
6,143 ( 43:7)
2
5,714 ( 40:7)
3.1.3 RODAS E PNEUS [6]
Os pneus são fornecidos por vários fabricantes e as medidas usadas no veículo
são apresentadas na tabela 3, bem como o raio dinâmico do mesmo.
Raio dinâmico, é o comprimento da linha de rodagem do pneu. Exemplificando
seria como se pudéssemos cortar o pneu na transversal e medir o seu comprimento
total.
Tabela 3 – Medidas de pneus usados e valores do raio dinâmico. [6]
Opção
Medida
Raio Dinâmico (m)
1
205/75 R17,5
0,365
2
215/75 R 17,5.
0,372
3.2 VALORES DA CAIXA DE MUDANÇAS [3]
A caixa de mudança do veículo em estudo, possui acionamento por meio de cabos
para maior suavidade nas trocas de marchas. As relações das marchas podem ser
vista na tabela 4. A figura 3.2 apresenta um desenho da caixa de câmbio completa
representada com um corte transversal.
15
Figura 3.2 – A caixa de câmbio completa, representada com um corte transversal [3]
Todo câmbio possui dois tipos de reduções ou ampliações. A primeira redução é
chamada de redução constante, ou seja, não importa qual marcha esteja engatada ela
sempre será a mesma. No caso desta caixa ela é formada pela engrenagem do eixo
primário e pelo entalhe do eixo intermediário.
O segundo tipo de redução que pode haver em uma caixa de câmbio são as próprias
marchas que reduzem ou ampliam as rotações do motor.
Sendo que, para o cálculo das relações de engrenamento usam-se as equações
abaixo:
Relação de engrenamento constante :
Esse valor é obtido a partir do número de dentes da engrenagens que compõem o
par constante do câmbio, e é dado pela Eq. 9.
16
ic =
ec
ep
[Eq. 9]
Onde :
ic : Relação de Engrenamento Constante
ec : Número de dentes da engrenagem constante
ep : Número de dentes do entalhe do eixo intermediário
Relação de engrenamento para cada marcha :
Este valor é obtido através da divisão do número de dentes da engrenagem
movida pela engrenagem motora, e pode ser calculado pela Eq. 10.
im =
Emov
Emot
[Eq. 10]
Onde :
im : Relação de Engrenamento de cada marcha.
Emov : Número de dentes da engrenagem movida.
Emot : Número de dentes da engrenagem motora.
Relação de engrenamento final :
Este valor representa a redução ou ampliação total que o número de rotações
do motor sofre até chegar ao diferencial traseiro. Calcula-se pela Eq. 11.
ifinal = ic.im
[Eq. 11]
Onde :
ifinal : Relação de engrenamento final.
ic : Relação de Engrenamento Constante.
im : Relação de Engrenamento de cada marcha.
17
Na tabela 4 pode se ver os valores das relações de marchas.
Tabela 4 – Valores das relações de marchas. [6]
Marcha
Relação
1º
5,053
2º
2,601
3º
1,521
4º
1,000
5º
0,784
O número de dentes dos pares de engrenagem de cada uma das marchas é dado pela
tabela 5.
Tabela 5 – Número de dentes das engrenagens [6]
Marcha
Engrenagem Motora Engrenagem Movida
1
14
51
2
24
45
3
34
34
4*
0
0
5
46
26
* = Para a marcha de número 4, por ser uma marcha com relação direta (1:1), não são
utilizadas engrenagens em sua relação.
3.3 DADOS DE DESEMPENHO DO VEÍCULO [6]
Os dados de desempenho do veículo, como : velocidade máxima por marcha e
total, podem ser vistos nas tabelas como segue. Os valores de velocidades máximas
são obtidos com o motor em rotação máxima ( 3800 RPM).
Tabela 6 : Valores para Pneu 205/75 R 17,5 e Eixo traseiro 43:7
Tabela 7 : Valores para Pneu 205/75 R 17,5 e Eixo traseiro 40:7
Tabela 8 : Valores para Pneu 215/75 R 17,5 e Eixo traseiro 43:7
Tabela 9 : Valores para Pneu 215/75 R 17,5 e Eixo traseiro 40:7
18
Tabela 6 : Valores para Pneu 205/75 R 17,5 e Eixo traseiro 43:7
Pneu
205/75 R 17,5
Eixo traseiro
43:7
Marcha
Velocidade Máxima
1º
17
2º
33
3º
56
4º
85
5º
109
Tabela 7 : Valores para Pneu 205/75 R 17,5 e Eixo traseiro 40:7
Pneu
205/75 R 17,5
Eixo traseiro
40:7
Marcha
Velocidade Máxima
1º
18
2º
35
3º
60
4º
91
5º
117
Tabela 8 : Valores para Pneu 215/75 R 17,5 e Eixo traseiro 43:7
Pneu
215/75 R 17,5
Eixo traseiro
43:7
Marcha
Velocidade Máxima
1º
17
2º
33
3º
57
4º
87
5º
111
Tabela 9 : Valores para Pneu 215/75 R 17,5 e Eixo traseiro 40:7
Pneu
215/75 R 17,5
Eixo traseiro
40:7
Marcha
Velocidade Máxima
1º
18
2º
36
3º
61
4º
93
5º
119
O item velocidade máxima com o motor na rotação máxima ( 3800 RPM) e o câmbio
em 5º marcha pode ser visto de forma resumida na tabela 10.
19
Tabela 10 : Valores de velocidade máxima
Pneu
Eixo traseiro
205/75 R 17,5
43:7
205/75 R 17,5
40:7
215/75 R 17,5
43:7
215/75 R 17,5
40:7
Marcha
Velocidade Máxima
109
117
5º
111
119
3.4 DEFINIÇÃO DAS NOVAS RELAÇÕES DE ENGRENAMENTO
3.4.1 DEFINIÇÃO DA NOVA VELOCIDADE MÁXIMA
Como visto na tabela 10, a velocidade máxima do veículo varia de 109 Km/h até
119 Km/h. Como serão redimensionados as relações de engrenamento para uso em
trânsito urbano, a velocidade máxima pode cair em torno de 85 à 95 Km/h, já que o
veículo irá trafegar em trânsito urbano provavelmente será o máximo que o veículo
deverá atingir.
Se forem observados os valores obtidos em quarta marcha pode-se ver que esta
atinge a velocidade máxima na faixa de 85 à 93 Km/h. Como esta velocidade fica
dentro da faixa que presume-se ser suficiente para a definição de velocidade máxima,
passa-se então a utilizar a quarta marcha como sendo a quinta marcha e, portanto, a
mais veloz.
Então, o veículo quando equipado com o novo câmbio ficará com velocidade
máxima, conforme tabela 11.
Tabela 11 – Velocidade Máxima do veículo quando equipado com o novo câmbio
Pneu
Eixo traseiro
205/75 R 17,5
43:7
205/75 R 17,5
40:7
215/75 R 17,5
43:7
215/75 R 17,5
40:7
Marcha
Velocidade Máxima
85
5º
91
87
93
20
3.4.2 DEFINIÇÃO DAS RELAÇÕES INTERMEDIÁRIAS
A definição de novas relações das marchas intermediárias, foram definidas
com base em um melhor aproveitamento da curva de desempenho de motor, que
pode ser observada em destaque na figura 3.1, os melhores valores de torque e
consumo. Esse melhor aproveitamento pode ser traduzido em melhor consumo de
combustível e maior segurança do veículo, pois como o motor ficará um tempo maior
na região de máximo torque,
a agilidade do veículo no trânsito, aumentará de
sobremaneira o que gera maior segurança.
Com base nessas premissas e de forma empírica e teórica foram pré-definidas as
novas relações de engrenamento das marchas intermediárias ( 2,3 e 5), pois como já
dito antes, para as marchas de número 1 e 4 serão mantidos as relações originais.
Essa pré-definição foi feito usando-se as fórmulas matemáticas apresentadas no
trabalho e posterior aos cálculos foi plotado no gráficos dente-de-serra as prédefinições, o qual possibilitou definir as novas relações, com base nas relações que
apresentaram melhores resultados no gráfico.
Por se tratar de uma montagem experimental , e como iremos utilizar a marcha de
número 4 como sendo a de número 5 , para evitar uma mudança na trambulação do
câmbio, o engate das marchas ficará como visto na figura 3.3. Essa mudança é
necessária devido a marcha de número 4 ser uma marcha direta, ou seja não há um
par de engrenagens que transmite o movimento por ela, como é feito para as outras
marchas, no caso dessa marcha o movimento do motor entra pelo eixo piloto do
câmbio e saí direto pelo eixo secundário, sem passar pelo eixo intermediário. Devido a
essa característica, se fossemos manter na montagem experimental o diagrama de
marchas original seria necessário que houvesse uma mudança também nos garfos de
engate das marchas e por conseguinte no sistema de trambulação, o que se resulta
em bastante modificações na caixa de câmbio e, por se tratar de uma montagem
experimental e devido a não ser este o objetivo do trabalho, não foi feito.
21
Figura 3.3 - Diagrama de marchas original e modificado
As novas relações das marchas 2,3 e 5, definidas de forma teórica, são vistas na
tabela 12. Essas relações ainda não são as definitivas, pois, em uma relação de
dentes nem sempre se é possível fazer com que a relação seja a mesma da calculada
teoricamente. Com base nos cálculos teóricos, muitas vezes o que se tem é a relação
bastante aproximada daquela calculada teoricamente.
Tabela 12 – Novas relações teóricas para as marchas 2,3 e 5.
Marcha
Relação Original
Nova Relação Teórica
2
2,601
3,200
3
1,521
2,150
5
1,000
1,450
Para o cálculo do número de dentes das engrenagens é usada a eq. 12. No
caso da caixa de câmbio em estudo, o número de dentes do entalhe do eixo piloto e o
número de dentes da engrenagem constante pode ser visto na tabela 13.
Tabela 13 – Número de dentes dos componentes da relação constante [6]
Entalhe Eixo Piloto ( dentes)
Engrenagem Constante ( dentes)
31
43
Portanto:
ic =
Ec 43
=
= 1,387
Ep 31
Desta forma, tem-se a relação constante como sendo : i= 1,387
22
Utilizando a eq. 13 e, conhecendo-se a relação constante, e utilizando as
relações de transmissões que já foram definidas no item 4.4.2, podemos definir as
novas quantidades de dentes que irão compor as novas engrenagens.
As quantidades de dentes
dos novos pares de engrenagens podem ser vista na
tabela 14.
Tabela 14 – Número de dentes dos novos pares de engrenamento.
Marcha
Engrenagem Motora
Engrenagem Movida
2
24
55
3
27
42
5
32
34
Definidos os números de dentes das engrenagens motoras e movidas, então
podemos então, definir os valores reais das novas relações de engrenamento, que
segue na tabela 15.
Tabela 15 – Novas relações reais para as marchas 2,3 e 5.
Marcha
Relação Original
Nova Relação Teórica
Nova Relação Real
2
2,601
3,200
3,179
3
1,521
2,150
2,158
5
1,000
1,450
1,474
Como pode ser observado, a engrenagem motora da marcha número 2, não foi
modificada em relação à original, isto se deve a esta engrenagem fazer parte do eixo
primário da caixa de mudanças e, se mudássemos sua relação seria necessário a
construção de um novo eixo primário, o que acarreta em um aumento significativo de
custos para o projeto, além do tempo necessário para a construção do mesmo.
3.5 GRÁFICOS DENTE-DE-SERRA
Os gráficos tipo dente-de-serra, são utilizados para verificação da curva de
aproveitamento do motor em função da relação da marcha dimensionada. Analisando
os gráficos, pode-se observar o comportamento do veículo, quando em uma
23
determinada marcha e rotação a qual velocidade estará, e também pode-se verificar
que para a mesma velocidade quais rotações o veículo estará, variando-se as
marchas. Também se tem dimensão da utilização da faixa de torque máximo do motor,
e como ela está sendo utilizada, e por fim, pode ser constatada a relação da
velocidade e marcha utilizada com relação ao consumo de combustível.
Na figuras 3.4 pode-se ver as curvas do gráfico do câmbio original e na figura 3.5,
pode-se ver as curvas com as novas relações de engrenamento.
Figura 3.4 – Gráfico dente-de-serra com as relações originais
Figura 3.5 – Gráfico dente-de-serra com as novas relações de marchas
24
3.6 DIMENSIONAMENTO DAS ENGRENAGENS
As engrenagens serão construídas de acordo com as já existentes na caixa de
mudanças atual. Somente serão redimensionadas, quanto aos valores de número de
dentes. Serão mantidos os valores dos módulos dos pares de engrenamento. Serão
feitos os cálculos apresentados, para a verificação da eficácia dos valores utilizados
na construção das engrenagens protótipo.
Se os valores utilizados para as engrenagens atuais não forem suficientes para
as novas engrenagens, estas deverão ser recalculadas, o que não será feito neste
trabalho, pois o enfoque do trabalho não está direcionado para a durabilidade que uma
engrenagem de caixa de mudanças precisa.
Não será escopo deste trabalho o estudo sobre vibrações e ruídos que por
ventura possa vir a acontecer quando da montagem da nova caixa de mudanças no
veículo, este trabalho não será realizado devido ao tempo que demandaria os cálculos
e estudos desta natureza, e também porque seria custoso demais um projeto desse
porte sem algum patrocínio, apesar de ser um projeto que, se for corretamente
dimensionado e testado, pode ser de grande utilidade para as empresas fabricantes
de veículos comerciais, bem como empresas que produzem implementos para esses
veículos.
De acordo com as fórmulas apresentadas nos capítulos 2 e 3, nas tabelas a
seguir pode-se ver os valores calculados.
Para a marcha de número 2, que foi construída somente a nova engrenagem
movida, os valores encontrados foram:
Tabela 16 – Valores encontrados para a 2º marcha movida
Incógnitas
Valores
pt
7,16
pn
6,49
px
15,35
wt
14995,57 N
wr
4282,82 N
w
13590,6 N
σb
156,9 MPa
tp
1049 N.m
25
Para a marcha de número 3, foram calculados os valores das engrenagens motoras e
movidas como segue abaixo.
Tabela 17 – Valores encontrados para a 3º marcha motora
Incógnitas
Valores
pt
7,54
pn
6,53
px
13,06
wt
11023,8N
wr
3475,8 N
w
12584,6 N
σb
117,47 MPa
tp
712,14 N.m
Tabela 18 – Valores encontrados para a 3º marcha movida
E
Incógnitas
Valores
pt
7,51
pn
6,51
px
13,02
wt
10050,5 N
wr
3168,9 N
w
11605,3 N
σb
112,2 MPa
tp
712,14 N.m
por fim, foi calculado os valores para a marcha de número 5, tanto para a
engrenagem motora, como para a engrenagem movida, como segue:
26
Tabela 19 – Valores encontrados para a 5º marcha motora
Incógnitas
Valores
pt
6,82
pn
5,79
px
19,25
wt
7810,75 N
wr
2462,7 N
w
9210,26 N
σb
108,9 MPa
tp
486,42 N.m
Tabela 20 – Valores encontrados para a 5º marcha movida
Incógnitas
Valores
pt
6,77
pn
5,74
px
22,51
wt
13114,9 N
wr
4135,11 N
w
15464 N
σb
183 MPa ( N/mm2)
tp
486,42 N.m
3.7 CONSTRUÇÃO DAS ENGRENAGENS
As engrenagens redimensionadas, serão construídas de modo prototipal, ou seja,
não foram construídas com os mesmos métodos e processos que as engrenagens
originais utilizam. Foi usado material idêntico ao que foi utilizado pelas engrenagens
originais, no caso aço 20 Mo Cr 4 E. Neste material usado para a construção da
engrenagem, a resistência mecânica varia de 480 à 800 N/mm2
MEDIÇÕES
27
Para sabermos se o que foi projetado e construído é realmente eficaz e, atinge os
resultados esperados, foram feitos os seguintes testes e medições, que seguem:
3.8.1 TESTE DO CONSUMO DE COMBUSTÍVEL
Este teste consiste em verificar qual a quantidade de combustível ( no caso
Óleo Diesel), foi consumido durante o trajeto que o veículo fará. Primeiro o veículo irá
rodar com a caixa de mudanças original e depois será repetido o mesmo teste com a
caixa de mudanças modificada.
Este teste tem grande importância para o trabalho, uma vez que, o consumo de
combustível é um dos principais fatores que determinam a escolha de um proprietário
por adquirir um veículo ou outro, pois representa uma grande parcela dos custos
operacionais de uma empresa de transporte.
Como se espera uma melhora - ainda que pequena - no consumo de combustível,
este teste foi importante para as conclusões finais.
O teste foi feito da seguinte maneira: foi escolhido um trajeto para a realização
do teste. Este trajeto perfaz uma distância de 48 Km, e foi escolhido levando em conta
vários fatores entre eles: controle correto da medição de combustível, simulação de
um trajeto urbano que é o motivo de estudo do trabalho.
O percurso à ser percorrido é :
Saída : Rod. Santos Dumont, esquina com Av. Mercedes-Benz, depois Rod.
Santos Dumont sentido Indaiatuba-Campinas, Av. Prestes Maia, Av. João Jorge, Av.
Expedicionários, Av. Andrade Neves, Av. Barão de Itapura, Av. Brasil, Av. Orosimbo
Maia, Av. Francisco Glicério, Av. General Osório, Av. Senador Saraiva e retornando
Av. João Jorge, Av. Prestes Maia e Rod. Santos Dumont encerrando o percurso no
mesmo local onde foi iniciado. Este percurso pode ser visto no mapa da figura 3.6.
A medição do consumo de combustível foi feito da seguinte maneira:
No posto de combustível que é o ponto de início do teste, o veículo teve o seu
reservatório de combustível completo, foi zerado o hodômetro parcial do veículo e foi
feito o percurso determinado, ao término do percurso o veículo teve seu reservatório
de combustível novamente abastecido, e a quantidade de combustível consumido pelo
veículo no percurso foi anotado.
A quantidade de quilômetros percorrido, dividido pela quantidade de litros de
combustível utilizado nos deu a média de consumo do veículo. O mesmo teste foi
28
repetido após a troca da caixa de mudanças, para que seja feito o comparativo. Foi
realizado o percurso uma vez com cada caixa de mudanças.
Av. Barão de Itapura
Av. Brasil
Av. Andrade Neves
Av. Orosimbo Maia
Av. João Jorge
Av. Francisco Glicério
Av. Prestes Maia
Av. Expedicionários
Rod. Santos
Dumont
Início/ Fim
Figura 3.6 : Mapa do trajeto percorrido nos testes.
3.8.2 MEDIÇÃO DA QUANTIDADE DE MUDANÇAS DE MARCHAS
Por se tratar de um item de conforto, e, também fazer parte dos itens em que
se deseja melhorar, iremos fazer um teste em que se mensure e compare a
quantidade da troca de marchas que o veículo faz durante o mesmo trajeto percorrido
para o teste de consumo de combustível.
29
3.8.3 CONFORTO E SEGURANÇA DO VEÍCULO
Um item importante nesta mudança diz respeito à segurança e conforto ao
dirigir que este veículo deverá proporcionar após à mudança da caixa de mudanças.
Este item, mesmo sendo um item importante não é passivo de ser mensurado, pois
conforto e segurança do veículo, bem como agilidade e desempenho no trânsito, não
podem ser mensuráveis sendo sempre itens subjetivos e ficou, neste teste, a cargo
das impressões obtidas pelo autor que acompanhou todos os testes do veículo, para
que se tivesse as conclusões mais fidedignas possível.
3.8.4 CONDIÇÕES DE ENSAIO
As medições de consumo de combustível, quantidade de mudança de
marchas, bem como dos itens subjetivos que foram medidos, como segurança e
conforto, foram a mais fiel possível, respeitando no caso das medições de combustível
e mudanças de marchas, o mesmo motorista, o mesmo trajeto e procurando minimizar
os efeitos externos, tais como, pressão atmosférica, vento, temperatura. Alguns
fatores como trânsito não é possível controlar, mas foi observado se as condições
foram, se não iguais, pelo menos a mais parecida possível.
Foram mantidas as características do veículo, tais como:
Os valores apresentados se referem ao veiculo carregado com sua carga nominal, ou
seja, o peso total, entre o caminhão em si e a carga é de 7000 Kg, de acordo com o
especificado pela montadora do veículo. [6]
Os Valores de relação final e pneus foram de 40:7 e 215/75 R 17,5 respectivamente.
30
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Após a realização de todos os testes descritos no item 3.8, e feitos os cálculos dos
itens 2.2.1.3, 2.2.1.4, 2.2.1.5 e 2.2.1.6, os resultados obtidos foram :
Item 3.8.1 - Teste do consumo de combustível
No item do teste de consumo obtivemos os seguintes resultados:
O veículo equipado com a caixa de mudanças original,
para percorrer o trajeto
estipulado no item 3.8 ( Fig. 10), foram gastos 8,09 l de Óleo Diesel, sendo que foi
obtido desta forma o valor de 5,93 Km/l de média de consumo, enquanto que, quando
feito o mesmo trajeto com o veículo equipado com a caixa de mudanças modificada,
foram gastos 7,77 l de Óleo Combustível, e obtivemos com isso o valor de 6,18 Km/l,
de média de consumo, o que representa um valor de 4,04 % de melhoria ( economia)
em relação ao valor apresentado com a caixa de mudanças original.
Item 3.8.2 - Medição da quantidade de mudanças de marchas
No item de medição de quantidade de mudanças de marchas, foram efetuadas,
com o veículo original um total de 143 mudanças de marchas, e quando feito o teste
com o veículo equipado com a transmissão definida neste projeto foi realizado um total
de 149 mudanças de marchas, o que representa um aumento de 4,02 % no número de
troca de marchas efetuado pelo condutor do veículo.
Item 3.8.3 conforto e segurança do veículo
Neste item por se tratar de um item subjetivo deixaremos para analisar seus
resultados junto ao item 6 ( Resultados esperados), pois como não há métodos para
se realizar medições neste itens, cabe somente comentários a serem feitos pelo autor.
A velocidade média no trajeto quando feito com o veículo original foi de 38,1
Km/h, sendo que o percurso de 48 km/h ( ida e volta), foi percorrido em 1 h e 16 min.
e quando equipado com a transmissão modificada o valor obtido foi de 42,35 Km/h,
sendo que neste caso o tempo gasto para percorre a mesma distância foi de 1 h 8
min., esta diferença não tem relação significativa com relação ao projeto porém
representa um valor que deve constar nos resultados apresentados, caso queiram ser
feitas conferências dos valores apresentados. Esses valores foram modificados devido
principalmente à fatores externo ao projeto, como o trânsito nos logradouros utilizados
pelo teste, bem como na combinação de abertura e fechamento dos semáforos que
estão espalhados pelas ruas e avenidas do teste.
Na tabela 21, pode ser visto os valores que foram obtidos nos testes.
31
Tabela 21 – Valores obtidos nos testes
Original
Modificado
Óleo Diesel [ l ]
8,09
7,77
Média de consumo [ Km/l ]
5,93
6,18
Economia [ % ]
Quantidade de mudança de marchas
4,04
143
Diferença [ % ]
Tempo [ h ]
Velocidade média [ km/h ]
149
- 4,02
1h 16 min
1 h 8 min.
38,1
42,35
32
5. CONCLUSÕES
Após a realização dos testes descritos no item 3.8, e colhidos os dados obtidos nos
testes e, após a compilação dos valores encontrados nos testes pudemos obter as
seguintes conclusões:
Consumo de Combustível
O consumo de combustível no veículo original foi de: 5,93 Km/l enquanto que,
quando equipado com a nova caixa de mudanças o consumo passou para 6,18 Km/l,
o que representa uma melhoria de 4,04 % em relação ao consumo original, sendo que
como esperávamos 5% de melhoria pode-se dizer que o resultado esperado
inicialmente no projeto foi alcançado de forma satisfatória neste item.
Quantidade de mudança de marchas
Com relação ao item quantidade de mudanças de trocas de marchas, houve um
aumento desse número, pois, no veículo original durante o trajeto de teste foram
realizadas 143 mudanças de marchas, enquanto que após a instalação da nova caixa
de mudanças o número subiu para 149 mudanças, o que mostra um aumento de
4,02% em relação ao veículo quando equipado com a caixa original. Este valor obtido
mostra, que não aconteceu o que se era esperado. Isto aconteceu devido ao fato de,
como a caixa de mudanças sofreu uma redução nas relações de engrenamento, o
motor do veículo “enche” mais rapidamente, ou seja, ele atinge a rotação com a qual
se efetua a troca de marcha mais rápido do que quando equipado com o câmbio
original, devido a isso a necessidade de troca de marchas aumenta, pois, para
percorrer a mesma distância usa-se mais marchas. Por isso o valor que foi encontrado
aumentou ao invés de diminuir, como era esperado no inicio do projeto.
33
Dinâmica do veículo
No item relacionado à dinâmica do veículo, ou seja, na agilidade dele junto ao
tráfego, na segurança que o motorista sente ao transitar com o veículo e no bem-estar
que o veículo deveria proporcionar, pôde-se notar uma melhora significativa em
relação ao veículo original, pois como a maior parte do tempo em que se trafega na
cidade o veículo está com a faixa de rotação de torque máximo, o caminhão fica mais
ágil, o que melhora e muito o transitar com ele no trânsito caótico das grandes
cidades.
34
6.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]- Norton, Robert L., An Integrated Approach.
[2]- Manual de Serviço ZF, Caixa de Câmbio ZF-16S-1650, 1997.
[3]- Manual de Cursos Caixas de mudanças leves Mercedes-Benz, 2003.
[4] - Associação Brasileira de Normas Técnicas. Veículos Rodoviários – Código de
Ensaio de motores, potência líquida efetiva, NBR ISO 1585, ABNT, Rio de Janeiro,
Junho de 1996.
[5]- Resolução número 008, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, Brasília, 31 de
Agosto de 1993
[6]- Http://www.daimlerchysler.com.br, DaimlerChrysler, 05 de Novembro de 2004.
[7]- Gonçalves, L. A ., Árvores de Transmissão, capitulo 1 e 2, Faculdade de
Engenharia Industrial (FEI) , 2003.
[8]- Salamania, J. C., Embreagem – Transmissão Manual e automática, Faculdade de
Engenharia Industrial (FEI) , 2004
[9]- Gieck, K. Manual de Fórmulas Técnicas, 29º ed., Hemus editora, PR, 2001.
[10]- Http://www2.uol.com.br/bestcars , Best Cars Web Site, 25 de Outubro de 2004.
[11]-Stipkovic F, Marco, Engrenagens, Ed. McGraw-Hill do Brasil, 1975