Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza
GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO
ETEC “JORGE STREET”
TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM
MANUTENÇÃO AUTOMOTIVA
Sistema de troca de marchas eletrônico para motocicletas
(STMEM).
Marcos Rodrigues da Silva
Maurício Oliveira dos Santos
Rafael da Silva Reis
Renan Pavan da Silva
Thiago Martins da Silva
Vagner de Oliveira Pereira
Wellington de Alfenas Isqui
Orientadores:
Prof. Milton Alexandre Rhein Merizio
Prof. Nubas Custódio
São Caetano do Sul / SP 2013
Sistema de Troca de Marchas Eletrônico para Motocicletas
(STMEM).
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como pré-requisito para
obtenção do Diploma de Técnico em Manutenção Automotiva.
Agradecimentos
A Deus primeiramente por ter nos ajudado na elaboração e conclusão desse
projeto, à família dos integrantes do grupo pelo apoio e compreensão, aos
professores do centro de ensino ETEC. Jorge Street, ao Centro Paula Souza, ao
nosso coordenador de curso Professor Luiz A. Carnielli e aos dedicados professores
e amigos Nubas Custódio, Milton Alexandre e Francisco Chagas pela contribuição e
empenho no ato do ensino e disposição nas aulas práticas e teóricas.
Resumo
Um projeto antes de se buscar obter lucro com ele, temos também que se
ater a certos cuidados, ele deve atender a algumas necessidades básicas, como
conforto ou utilidade.
Visando estes dois pontos, temos como objetivo a fabricação de um
dispositivo eletrônico que possa ser instalado em uma motocicleta, fazendo com que
a troca de marchas seja efetuada sem a utilização de um pedal, mas sim através de
botões. Isso vai muito além de um conforto ou utilidade, temos aqui também a
realização de sonhos.
Imaginem como seria para um jovem que sofreu um acidente e não pode
mais conduzir uma motocicleta convencional de estrada por que não consegue fazer
o movimento de engate por causa do acidente.
Com um custo baixo e fácil adaptação, podemos através de nosso projeto
batizado a princípio como STMEM oferecer exatamente dois itens muito requisitados
nos dias atuais: conforto ao pilotar e baixo custo de aquisição.
Lista de Figuras
Figura 1........................................................................................................................7
Figura 2.......................................................................................................................11
Figura 3......................................................................................................................12
Figura 4......................................................................................................................12
Figura 5......................................................................................................................13
Figura 6......................................................................................................................14
Figura 7......................................................................................................................16
Figura 8......................................................................................................................17
Figura 9......................................................................................................................19
Sumário
Introdução ................................................................................................................... 6
Sistema de Hidrogênio por Eletrólise .......................................................................... 6
Sistema de Direção Elétrica Universal ........................................................................ 6
Sistema de Troca de Marchas Eletrônica .................................................................... 6
1. Fundamentação Teórica ....................................................................................... 7
1.1.
Transmissão da moto ........................................................................................ 7
1.2.
Caixa de mudanças ........................................................................................... 7
1.3.
Constituição da caixa de mudanças .................................................................. 8
1.4.
Árvore primária .................................................................................................. 8
1.5.
Árvore secundária ............................................................................................. 8
1.7.
Engrenamento das marchas ............................................................................. 9
1.8.
Engrenagens corrediças .................................................................................... 9
2. Desenvolvimento do Projeto ............................................................................... 11
3. Resultados Obtidos ............................................................................................ 13
4. Cronograma ........................................................................................................ 15
5. Desenho ............................................................................................................. 15
6. Croqui ................................................................................................................. 16
7. Pesquisa de Componentes - Tecnologias ........................................................... 17
7.1.
Motores de corrente contínua .......................................................................... 17
8. Previsão de Custos ............................................................................................. 18
9. Fundamentação do Projeto................................................................................. 19
10.
Objetivos – geral e específico(s) ..................................................................... 19
11.
Justificativa ...................................................................................................... 20
12.
Metodologia ..................................................................................................... 20
Conclusão ................................................................................................................. 21
6
Introdução
No início, pensando em um tipo de projeto que viabilizasse um bom
desempenho e idealização em seu desenvolvimento, surgiram ideias variadas em
que algumas se destacam por serem usuais e inovadoras. Entre as ideias do grupo,
destacamos as principais.
Sistema de Hidrogênio por Eletrólise
Um sistema de fabricação de hidrogênio visando a produção e o consumo do
mesmo de forma imediata, sendo construída uma célula de eletrólise, onde a mesma
iria retirar o hidrogênio de uma solução de água + algum catalisador. Optamos por
não o tempo de fabricação e testes seria muito curto resolvemos passar para outro
projeto.
Sistema de Direção Elétrica Universal
Um sistema de direção para ser adaptado em diversos veículos da linha
popular, sendo cada um de adaptação exclusiva (cada linha com seu kit). Uma barra
acoplada a um motor com corrente inversora e logo após, acoplada ao sistema de
direção do veículo, faria com que o veículo obtivesse uma dirigibilidade muito mais
agradável ao condutor. Devido a custos elevados para o grupo e pouco tempo para
se desenvolver o projeto o mesmo passou a ser esquecido.
Sistema de Troca de Marchas Eletrônica
Trata-se de um conjunto a ser incorporado ao câmbio de uma motocicleta,
fazendo com que a troca de marchas seja executada através de um comando
eletrônico, ou seja, um motor de corrente continua (cc) receberá um sinal do circuito
eletrônico e estará interligado a engrenagens que farão com que a troca seja
executada ao ser acionado um botão pelo condutor da motocicleta. Um projeto não
só inovador para ser acoplado a motos convencionais, mas também uma grande
7
possibilidade de que um condutor que sofreu um acidente e não pode mais conduzir
uma motocicleta por uma lesão na perna possa voltar a conduzi-la normalmente.
O sistema de troca de marchas eletrônica (STMEM) vem com o objetivo de
facilitar a vida do condutor, fazendo com que haja menos esforço ao conduzir sua
motocicleta, e também para ajudar aqueles, que já não podem mais conduzi-la por
alguma adversidade sofrida.
1. Fundamentação Teórica
1.1.
Transmissão da moto
Um motor de motocicleta pode gerar uma enorme quantidade de potência,
que deve ser entregue para a roda motriz do veículo de modo controlável. A
transmissão da motocicleta entrega potência para a roda traseira através de uma
série de estruturas que incluem o jogo de engrenagens, a embreagem e o sistema
de acionamento.
Figura 1 - Uma transmissão simples
1.2.
Caixa de mudanças
É um conjunto mecânico que, através de engrenagens, permite variar a
velocidade da transmissão em benefício de maior força de tração na motocicleta.
A caixa de mudanças permite que o motor funcione numa faixa constante de
rotação, variando rotação da roda traseira de acordo com a necessidade na
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condução, ou seja, se o motor mantém 2.000 rpm em terceira marcha, a velocidade
é maior e a força menor, o que é possível pelo engrenamento de engrenagens de
diferentes tamanhos. Quando o motor está em funcionamento, a árvore primária
recebe a rotação da árvore de manivelas, que, através das engrenagens, multiplica
ou divide esta rotação secundária, ou seja, as engrenagens da caixa de mudanças
são de diversos tamanhos e estão fixadas em duas árvores paralelas que, quando
engrenadas, transformam a força recebida do motor em velocidade ou força de
tração.
1.3.
Constituição da caixa de mudanças
Basicamente, a caixa de mudanças é formada por duas árvores distintas:
primária e secundária.
1.4.
Árvore primária
Composta por um eixo estriado com uma engrenagem fundida em sua
estrutura e por diversas engrenagens que deslizam em suas estrias. O número de
engrenagens deslizantes depende do número de marchas à frente de que a
motocicleta for dotada.
A árvore primária é ligada à embreagem por engrenagens, a qual se liga à
árvore de manivelas do motor, recebendo deste último a força desenvolvida,
transmitindo-a, então, à árvore secundária. Em alguns casos, a ligação da árvore
primária com o motor é feita através de corrente de aço.
1.5.
Árvore secundária
Compõe-se de um eixo estriado e um número igual de engrenagens na árvore
primária.
A árvore secundária recebe o movimento da árvore primária, transmitindo-o à
roda traseira da motocicleta na velocidade correspondente à marcha engrenada. A
velocidade desenvolvida por cada marcha depende da relação de engrenagem
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existente entre as engrenagens primárias e secundárias.
1.6.
Relação das engrenagens
Quando uma engrenagem pequena aciona uma grande, dá-se o aumento de
torque ou força de torção, e, ao mesmo tempo, uma redução de rotações por minuto
na engrenagem acionada. Numa relação de 3 × 1, diz-se que determinada
engrenagem girou três vezes, enquanto a outra girou apenas uma vez, o que é
possível, porque a engrenagem que girou menos vezes é maior e tem três vezes o
número de dentes da engrenagem menor. Quando há o acoplamento de
engrenagens de diferentes tamanhos, podemos variar a força e a velocidade.
1.7.
Engrenamento das marchas
O engrenamento das marchas nas motocicletas é feito por duas formas
distintas: por engrenagens corrediças e engrenagens permanentes, estas últimas
pouco usadas pelos fabricantes.
1.8.
Engrenagens corrediças
A mudança das marchas neste sistema é feita por garfos que se encaixam em
ranhuras circunferências nos cubos das engrenagens. Cada engrenagem é fixada à
árvore por meio da chaveta, de modo que possa correr livremente num espaço, até
engrenar-se com a engrenagem mais próxima em forma de luva. Cada engrenagem
fica em contato permanente com a engrenagem adjacente da outra árvore; mas gira
livremente, até engrenar-se com a engrenagem corrediça, que, ao se acoplar, trava
a árvore, fazendo girar todo o conjunto.
Apesar de todas as engrenagens estarem engrenadas simultaneamente nos
dois eixos, elas giram, mas sem produzir força, pois ela só é produzida, quando a
engrenagem corrediça se interpõe entre as duas, ou seja, no momento em que é
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acionado o garfo seletor, o qual movimenta-a, de modo que a rotação saia da árvore
secundária.
Os garfos de mudanças são controlados por um tambor de alavanca de
mudança ou por um disco excêntrico. A função dos tambores e do disco é
transformar o movimento giratório da alavanca de mudança para engate e
desengate das engrenagens.
O tambor da alavanca de mudanças é uma espécie de excêntrico com canais
na superfície, onde os pinos passam pelos garfos. Os próprios garfos podem ser
sustentados pelo tambor ou pelos eixos separados. De qualquer modo, os
movimentos laterais e as posições são controlados por canais feitos no tambor.
Enquanto o tambor gira, os garfos são movimentados lateralmente, para
mudar as engrenagens dentro da caixa de mudanças. Cada mudança de
engrenagem requer apenas alguns graus da rotação do tambor. Este sistema é o
mais usado nas motocicletas convencionais pela sua simplicidade no engate ou
desengate das marchas, pois o tambor seletor é construído de forma a nunca ser
possível engrenar duas marchas ao mesmo tempo.
A seleção das engrenagens é feita levantando ou apertando a alavanca de
mudanças, ligada a uma catraca por um eixo. Acionada a alavanca, a mola da
catraca faz com que esta volte, automaticamente, à sua posição central.
Ao movimentar o mecanismo de mudanças, move-se o eixo de controle para
frente ou para trás, dentro do eixo intermediário. O receptor de esferas empurra um
jogo de esferas de aço para fora das suas aberturas no eixo intermediário, que se
projetam deste para a cavidade existente na engrenagem, travando-o contra o eixo.
As demais engrenagens ficam livres, uma vez que estão girando nesse eixo sem se
encontrarem presas, pois não há possibilidade de engrenamento de duas marchas
ao mesmo tempo.
A caixa de mudanças de uma motocicleta basicamente não requer de
manutenção periódica ou preventiva. Mas, há dois procedimentos básicos que não
devem ser desprezados: trocar o óleo periodicamente é um fator de grande
importância, pois da boa lubrificação auxiliam a conservação das engrenagens e um
engrenamento perfeito.
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2. Desenvolvimento do Projeto
Inicialmente tivemos a ideia de utilizar um motor de trava elétrica, acionamento
12 v (cc), para adaptar a mudança no pedal de troca de marchas. Alteramos o
ângulo do pedal em (90º), sendo assim, o mesmo ficou na posição vertical. Após
testes realizados verificamos que o motor não exercia força suficiente pra movimento
de avanço e recuo do pedal, pois seu curso não era suficiente, já que o curso total é
de 20 mm.
O segundo teste foi realizado com um solenoide de motor de arranque 12 v
(cc), a estrutura do teste continuou a mesma que a anterior, mas desta vez ainda
sem sucesso, o curso e a força exercida também não foi suficiente.
Figura 2 –
O terceiro teste foi realizado com um motor elétrico 12 V (cc) e uma
engrenagem encaixada no eixo do motor, e outra soldada no pedal de troca de
marchas, sendo assim, utilizamos o sistema de transmissão de força. Com a rotação
do motor em ambos os sentidos, o pedal de troca de marchas se movimenta
engrenando as machas, com movimento de avanço e recuo do pedal.
12
Figura 3 -
Figura 4 -
Por fim, foram feitos os ajustes finais com ajuda de multímetro para cálculo
dos resistores que atuam de forma a limitar o curso das engrenagens.
Notamos que a fase de ajustes finais foi a mais complexa, devido a
precisão de encaixe das engrenagens, e o fato de não alterar a originalidade da
motocicleta, também influenciou bastante, pois os ajustes tiveram que ser feitos
13
todos no suporte de fixação e no circuito eletrônico no intuito de um funcionamento
melhor.
3. Resultados Obtidos
Mesmo com pouco tempo para o desenvolvimento do projeto, foram obtidos
ótimos resultados, apesar das dificuldades que apareceram durante o processo, o
resultado foi considerado bom.
Motor elétrico utilizado no projeto
Figura 5
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Reprodução computadorizada das engrenagens e do motor
Figura 6 –
Uma engrenagem fixa no eixo do motor e outra diretamente na alavanca
seletora de marchas, engrenamento perfeito para selecionar as marchas para cima
ou para baixo sem exigir muito do motor.
Através de dois botões é feito o acionamento do motor de engrenamento,
comandado por um circuito eletrônico o motor faz o movimento para direita ou para
esquerda partindo do ponto 0 (neutro). Acionando o botão 1 a engrenagem se move
para esquerda e a 1ª marcha será selecionada , ao engatar a marcha e engrenagem
volta para seu ponto de origem pronto para novo acionamento, para acionar 2ª, 3ª,
4ª e 5º é só fazer a engrenagem mover para direita pressionando o botão 2. Para
voltar ao neutro é só pressionar o botão 1 novamente.
O sistema ainda conta com proteção para que se evite o engate indevido de
marchas com qualquer toque indesejado; A placa eletrônica só será acionada
quando receber um sinal de acionamento da embreagem.
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4. Cronograma
CRONOGRAMA
ATIVIDADES
Compra de Materiais
Desenvolvimento e
Pesquisa
Testes
Acabamento
Conclusão
5. Desenho
JANEIRO
FEVEREIRO
MARÇO
ABRIL
MAIO
JUNHO
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Figura 7 -
6. Croqui
Figura 8 -
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7. Pesquisa de Componentes - Tecnologias
Especificações dos componentes:
Motor Elétrico:
Tensão: 12vcc
Corrente Máxima: 1.8 A
Potência: 4,9 Watts
Torque: 11,1 Kgf.
Caixa de Redução: 1:72
Botões:
Normalmente aberto sem trava
Circuito Eletrônico:
Tensão Entrada: 12vcc
Corrente: 400ma
Tensão de Saída: 12vcc
Tempo de acionamento da partida do motor: 300ms
Tempo de acionamento do retorno do motor: 80
7.1.
Motores de corrente contínua
Precisam de uma fonte de corrente contínua, por exemplo, um dispositivo que
converta a corrente alternada comum em contínua. Podem funcionar com velocidades ajustáveis entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade
e precisão. Por isso seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências
compensam o custo muito mais alto da instalação, ou no caso da alimentação usada
ser contínua, como no caso das pilhas em dispositivos eletrônicos.
Na maioria dos motores elétricos CC, o rotor é um ‘eletroímã’ que gira entre
os polos de ímãs permanentes estacionários. Para tornar esse eletroímã mais eficiente o rotor contém um núcleo de ferro, que se torna fortemente magnetizado,
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quando a corrente flui pela bobina. O rotor girará desde que essa corrente inverta
seu sentido de percurso cada vez que seus polos alcançam os polos opostos do estator.
O modo mais comum para produzir essas reversões é usar um comutador.
Figura 9 -
8. Previsão de Custos
Produto
Valor
Relê (cada unidade)
R$ 4,99
Motor rotativo (cc)
R$ 53,20
Chave seletora
R$ 6.00
Capacitores (cada unidade)
R$ 0.20
Abraçadeiras de plástico (cada unidade)
R$ 0.50
3 peças utilizadas
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Fio (chicote total)
R$ 4,00
Transistor
R$ 0.60
Resistor
R$ 0,40
Integrado 556 (cada unidade)
R$ 4.00
Diodo (cada unidade)
R$ 0.50
Custo Total
R$ 211,38
9. Fundamentação do Projeto
Utilizando componentes de fácil acesso, como um motor de corrente contínua
(cc), e chave seletora, fios comuns encontrados em qualquer departamento de
venda do tipo, podemos facilmente adaptar este componente a uma motocicleta,
direcionado a área automobilística, no seguimento das motocicletas, podendo
facilitar e suavizar a troca de marchas, o (STMEM) vem com a proposta de ser um
projeto inovador em sua área de atuação.
10. Objetivos – geral e específico(s)
Com o objetivo de demonstrar os conhecimentos adquiridos no curso de
manutenção automotiva.
E através deste projeto oferecer uma inovação ao mercado proporcionando
conforto e praticidade.
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11.
Justificativa
Por ser um projeto desafiador e também por ter uma ótima relação entre custo
e beneficio.
12.
Metodologia
Este trabalho será realizado através de pesquisas em sites e com uma
análise em uma motocicleta.
Sites que iremos utilizar para realizar nosso trabalho:
http://quatrorodas.abril.com.br/moto/reportagens/cambios-eletronicos-658396.shtml
http://www.dynomania.com.br/rapid_bike.html
http://www.centralcar.net.br/cambio_automatico.html
http://www.forumnow.com.br/vip/mensagens.asp?forum=94106&topico=2650890
A nossa metodologia é experimental, montaremos o projeto sobre o eixo de
acionamento das marchas do câmbio e iremos instalar na FAN 125, para observar a
viabilidade e o funcionamento do projeto, analisando os resultados.
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Conclusão
Chegamos a conclusão que a cada aula e a cada instrução adquirida em
sala, tanto de forma verbal quanto escrita é de extrema necessidade no momento de
elaboração e fabricação de um projeto. Todo conhecimento que se adquire deve ser
aplicado de forma eficaz e notória em todas as áreas de nossas vidas, e
principalmente na formatação e realização de algo.
Aprendemos e concluímos com esse simples projeto, que as dificuldades
devem ser superadas, os empecilhos devem ser tratados de forma séria e
responsável e não existem limites quando se quer conquistar.
O STMEM foi importante para nós por vários fatores, principalmente na
capacitação técnica e também no convívio e amizade adquiridos durante essa
trajetória. Alguns integrantes do grupo aprenderam a soldar, outros adquiriram
experiências em circuitos eletrônicos, outros desenvolveram habilidades em
desenhos no AutoCAD e solid works.
E consolidamos a ideia de que a vida é um eterno aprendizado.