CENTRO UNIVERSITÁRIO ANHANGUERAENGENHARIA MECÂNICA

ABISSAIR PEREIRA DE ALCÂNTARA - RA 1299243154ELIAS MACIEL DA SILVA - RA 8483189235

RENATO CASTELANI DA SILVA – RA 8097832439ROGERIO FERNANDO DOS SANTOS - RA 9902006530

WALKER NAVES PASCOAL - RA 8062801066

MECÂNICA APLICADA

SANTO ANDRÉ2016

MECÂNICA APLICADACINEMÁTICA DOS CORPOS RÍGIDOS

(ENGRENAGENS)

ABISSAIR PEREIRA DE ALCÂNTARAELIAS MACIEL DA SILVA

RENATO CASTEANI DA SILVAROGERIO FERNANDO DOS SANTOS

WALKER NAVES PASCOAL

Orientador: Prof. José Carlos Maneo

SANTO ANDRÉ2016

Este trabalho é referente aos conceitos e princípios gerais da Cinemática dos corpos rígidos (Engrenagens) para o curso de Engenharia Mecânica da Anhanguera Educacional, como requisito para a aprovação da matéria de Mecânica Aplicada referente ao 1º bimestre de 2016.

SUMÁRIO

1. ETAPA 1

1.1. Passo1

1.1.1 Engrenagens

1.1.1.1 Cônicas

1.1.1.1.1 Cônicas de dentes retos

1.1.1.1.2 Cônicas de dentes helicoidais

1.1.1.1.2.1 Cônicas de dentes helicoidais- hipóides

1.1.1.2 Cilíndricas

1.1.1.2.1 Cilíndricas de dentes retos

1.1.1.2.2 Cilíndricas de dentes inclinados

1.1.1.2.3 Cilíndricas duplas de dentes inclinados

1.1.1.2.4 Cilíndricas com cremalheira.

1.1.1.3 Engrenagens parafuso de rosca sem-fim

1.2. Passo2

1.2.1. Movimentos Circulares

1.2.1.1 Movimentos Uniformes (MCU)

1.2.1.2 Período

1.2.1.3 Frequência

1.2.1.4 Relação entre Período e Frequência

1.2.2.5 Movimento Circular Uniformemente Variável (MCUV)

1.2.2.5 Frequência angular.

1.3. Passo 3

1.3.1. Sistema Transmissivo Automotivo

1.4. Passo4

1.4.1. Sistema transmissivo automotivo completo

1.4.1.1 Motor

1.4.1.2 Embreagem

1.4.1.3 Caixa de cambio

1.4.1.4 Acoplamentos do eixo cardam a caixa

1.4.1.5 Eixo de Transmissão (eixo Cardam)

1.4.1.6 Diferencial

1.4.1.7 Semi eixo

1.4.1.7 Junta homocinética

2. ETAPA2

2.1. Passo 1

2.1.1 Mecanismo de troca de marchas manuais

2.1.2 Mecanismo de troca de marchas automático

2.2. Passo 2

2.2.1 Com o uso de mecanismo de troca de marchas manuais

2.2.1 Com o uso de mecanismo de troca de marchas automático

2.3. Passo 3

3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 26

Lista de tabelas

Tabela 1: Relação de um mecanismo de troca de marcha de cinco velocidades

Tabela 2: Relação de um mecanismo de troca de marcha manual de cinco marchas

Introdução

Na Mecânica usamos todos os conceitos da física, principalmente cinemática, na cinemática de corpos rígidos é utilizado um elemento essencial para a mecânica, às engrenagens.

As engrenagens são usadas para transmitir torque e velocidade angular em diversas aplicações. Existem varias opções de engrenagens de acordo com o uso a qual ela se destina.

A maneira mais fácil de transmitir rotação motora de um eixo a outro é através de dois cilindros. Eles podem se tocar tanto internamente como externamente. Se existir atrito entre os dois cilindros o mecanismo vai funcionar bem. Mas a partir do momento que o torque for maior que o atrito ocorrera deslizamento. Com o objetivo de se aumentar o atrito entre os cilindros, fez-se necessária utilização de dentes que possibilitam uma transmissão mais eficiente e com maior torque. Assim nasce a engrenagem.

Todo estudo da engrenagem estará concentrado no estudo de seus dentes, iguais em uma mesma engrenagem relativo a sua geometria e resistência. As engrenagens são usadas em diferentes tipos de motores e maquinas pesada como (transmissão automotiva, prensas, tornos) e mais leves como (carrinhos a fricção, bombas de agua e é Principal componente dos relógios)

.

Objetivo

Nesta atividade iremos se aprofundar nos tipos e uso das engrenagens, sistemas de transmissão de veículos automotores, onde é composto basicamente por engrenagens.

Tipos de engrenagens; Períodos e frequência, frequência angular; Sistemas transmissivos de automóvel.

1. ETAPA1

1.1. Passo1

3 Engrenagens

As engrenagens são utilizadas para a transmissão de torque e de velocidade angular em diversas aplicações. É a maneira mais fácil de transmitir rotação motora de um eixo a outro através de dois cilindros.

Figura 1: Fotos de vários tipos de engrenagens

As mesmas são mais utilizadas pela segurança na funcionalidade, pela grande vida útil, pela boa resistência as sobrecargas e pela pequena manutenção. Embora possua também algumas desvantagens como o alto custo, o aumento do ruído durante o seu funcionamento e também um transmissão relativamente rígida, onde se faz necessário a utilização de um acoplamento elástico para a diminuição dos choques.

Para que um sistema funcione se faz necessária a utilização de pelo menos duas engrenagens, sistema esse que no início possuía engrenagens com as paredes externas lisas, mas com a necessidade de transferência de maiores torques se fez necessário à utilização de dentes.

Para transmitir movimento uniforme e contínuo, as superfícies de contato da engrenagem devem ser cuidadosamente moldadas, de acordo com um perfil específico. Se a engrenagem menor do par (o pinhão) está no eixo motor, o trem de engrenagem atua de maneira a reduzir a velocidade e aumentar o torque; se a engrenagem maior está no eixo motor, o trem atua como um acelerador da velocidade e redutor do torque.

Existem vários tipos de engrenagens e cada uma delas possui um determinado resultado, onde se fazendo necessário o estudo apropriado para a utilização. As engrenagens não só apresentam tamanhos variados, mas também se diferenciam em formato e tipo de transmissão de movimento.

1.1.1.1Cônicas

Elas são empregadas quando as árvores se cruzam; o ângulo de intersecção é geralmente 90°, podendo ser menor ou maior. Os dentes das rodas cônicas tem formato também cônico, o que dificulta a sua fabricação, diminui a precisão e requer uma montagem precisa para o funcionamento adequado. A engrenagem cônica é usada para mudar a rotação e a direção da força, em baixas velocidades.

São utilizadas para realizar a mudança do sentido da rotação e a direção da força como na engrenagem diferencial dos automóveis.

Podem ser de dentes retos ou então de dentes helicoidais.

1.1.1.1.1Cônicas de dentes retos

Os dentes são dispostos paralelamente entre si em relação ao eixo. É o tipo mais comum de engrenagem e o de mais baixo custo. É usada em transmissão que requer mudança de posição das engrenagens em serviço, pois é fácil de engatar. É mais empregada na transmissão de baixa rotação do que na de alta rotação, por causa do ruído produzido pelo atrito.

Figura 2: Engrenagem cônica com dentes retos

1.1.1.1.2 Cônicas de dentes helicoidais

Nas engrenagens cônicas helicoidais os dentes são dispostos transversalmente em forma de hélice em relação ao eixo. É usada em transmissão fixa de rotações elevadas, por ser mais silencioso devido aos seus dentes estarem em componente axial de força que deve ser compensada por mancal ou rolamento.

Serve para transmissão de eixos paralelos entre si e também para eixos que formam um ângulo qualquer entre si (normalmente 60 ou 90°).

Figura 3: Engrenagem cônica com dentes helicoidais

1.1.1.1.2.1Cônicas de dentes helicoidais- hipóides

Engrenagens hipóides são engrenagens especiais, com eixos que não se interceptam. Este trem de engrenagem utiliza uma engrenagem de anel grande com uma engrenagem de menor articulação, e elas são utilizadas em aplicações como diferenciais de automóveis, em que possam ser necessárias que as engrenagens rodem a diferentes taxas de velocidade em algumas situações. Essas engrenagens exigem lubrificantes personalizados, porque elas são frequentemente submetidas a uma quantidade significativa de tensão.

Figura 4: Engrenagem cônica com dentes helicoidais-hipóides

1.1.1.2 Cilíndricas

As engrenagens cilíndricas ou frontais são utilizadas entre eixos paralelos de um ou dois estágios. Podem ser de dentes retos, dentes helicoidais, dentes inclinados, duplas de dentes inclinados, dentes em formato de V ou com cremalheira.

1.1.1.2.1Cilíndricas de dentes retos

Os dentes são dispostos paralelamente entre si em relação ao eixo. É o tipo mais comum de engrenagem e o de mais baixo custo. É usada em transmissão que requer mudança de posição das engrenagens em serviço, pois é fácil de engatar. É mais empregada na transmissão de baixa rotação do que na de alta rotação, por causa do ruído que produz.

Figura 5: Engrenagem cilíndrica com dentes retos.

1.1.1.2.2Cilíndricas de dentes inclinados

Engrenagens cilíndricas de dentes inclinados são construídas com dentes que não são alinhados com a direção axial dos elementos de transmissão. São utilizadas quando é necessário construir reduções que ocupem menor espaço axial e que gerem menor ruído. A primeira característica vem do fato de que a largura efetiva dos dentes é maior do que a de engrenagem de dentes retos e a segunda são devido ao engrenamento gradual dos dentes.

Figura 6: Engrenagem cilíndrica com dentes inclinados

1.1.1.2.3Cilíndricas duplas de dentes inclinados e em V.

As engrenagens cilíndricas duplas de dentes inclinados e as de dentes em formato de V foram construídas para anular o esforço realizado na engrenagem cilíndrica de dentes inclinados, assim anulando a força aplicada aos dentes durante o movimento.

Figura 7: Engrenagem cilíndrica de dentes inclinados em V ou de dentes duplos.

1.1.1.2.4 Cilíndricas com cremalheira.

As Engrenagens Cremalheira são peças mecânicas que consistem numa barra ou trilho dentado que em conjunto com uma engrenagem a ela ajustada, converte movimento retilíneo em rotacional e vice-versa. A cremalheira pode ser considerada como uma roda de raio infinito. Nesse caso, a circunferência da roda pode ser imaginada como um segmento de reta. Por isso, a circunferência primitiva da engrenagem é tangente à linha primitiva da cremalheira. Há dois tipos de cremalheira:

Cremalheira de dentes perpendiculares e cremalheira de dentes inclinados. As cremalheiras de dentes inclinados acoplam-se a rodas helicoidais e as de dentes perpendiculares engrenam-se com as rodas de dentes retos.

Figura 8: Engrenagem Cilíndrica com cremalheira

1.1.1.3 Engrenagens parafuso de rosca sem-fim

As engrenagens de parafuso sem fim são usadas quando grandes reduções de transmissão são necessárias. Esse tipo de engrenagem costuma ter reduções de 20:1, chegando até números maiores do que 300:1. Muitas engrenagens sem-fim têm uma propriedade interessante que nenhuma outra engrenagem tem: o eixo gira a engrenagem facilmente, mas a engrenagem não consegue girar o eixo. Isso se deve ao fato de que o ângulo do eixo é tão pequeno que quando a engrenagem tenta girá-lo, o atrito entre a engrenagem e o eixo não deixa que ele saia do lugar. Essa característica é útil para máquinas como transportadores, nos quais a função de travamento pode agir como um freio para a esteira quando o motor não estiver funcionando.

Figura 9: Engrenagem parafuso de rosca sem fim.

1.2. Passo2

1.2.1. Movimentos Circulares

Um movimento circular uniforme (MCU) pode ser associado, com boa aproximação, ao movimento de um planeta ao redor do sol, num referencial fixo no sol, ou ao movimento da Lua ao redor da Terra, num referencial fixo na Terra. Um movimento circular uniforme pode ser associado também às partículas que formam as rodas e engrenagens dos dispositivos mecânicos. A palavra uniforme, neste contexto, se refere à invariância do módulo da velocidade linear da partícula que se desloca numa trajetória circular. De qualquer modo, embora o módulo do vetor velocidade linear possa ser constante, a sua direção varia continuamente, existindo uma aceleração (centrípeta) e, portanto, uma força resultante não nula sobre a partícula.

Um corpo que realiza um movimento circular uniforme passa de tempo em tempo por um determinado ponto da trajetória em uma velocidade constante. Já se houver uma variação dessa velocidade o movimento circular torna-se variável.

O estudo destes dos movimentos se torna imprescindível, pois as engrenagens podem ser utilizadas levando-se em consideração esses dois movimentos.

1.2.1.1 Movimentos Uniformes (MCU)

No movimento circular uniforme o estudo de duas relações se faz necessário para o entendimento do movimento, são elas o período e a frequência.

1.2.1.2 Período

Todo movimento repetitivo é dito periódico. O período é o menor intervalo de tempo para que o movimento comece a sua repetição. No movimento circular e uniforme o período é o intervalo de tempo para a realização de uma volta completa.

A unidade de medida do período no SI= s (segundos) e a sua letra representativa é o T.

1.2.1.3 Frequência

A frequência mede a rapidez com que determinado evento se repete. No movimento circular e uniforme, o evento é a volta completa o que nos permite concluir que no movimento circular e uniforme a frequência é a relação entre o número de voltas (n) pelo intervalo de tempo gasto (t).

A unidade de medida de frequência no SI= Hz (Hertz) e a sua letra representativa é o f.

1.2.1.4 Relação entre Período e Frequência

A frequência e inversamente proporcional ao período. Isso significa que quanto maior a frequência, mais voltas o objeto da em torno do próprio eixo, menor será o tempo para que uma volta seja data.

E essa diferença é apresentada pela expressão abaixo:

T=1/f ou f=1/T

1.2.2.5 Movimento Circular Uniformemente Variável (MCUV)

O movimento circular uniformemente variado consiste num movimento de uma partícula sobre uma circunferência com velocidade angular constante.

O vetor aceleração tem duas componentes, sendo a aceleração normal e a aceleração tangencial. Neste movimento verifica-se que a aceleração tangencial é constante, mas a aceleração normal não é.

1.2.2.5 Frequência angular.

A frequência angular ou velocidade angular (também chamada pulsação),ω nos dá a noção do ângulo percorrido a cada unidade de tempo. Podemos dizer que é a velocidade com que percorremos ângulos num movimento circular (movimento harmônico).

Como podemos medir ângulo em radianos, a frequência angular ou velocidade angular ω corresponde ao número de radianos percorridos por unidade de tempo.

Frequência e frequência angular são parâmetros que fornecem a mesma informação. Os dois indicam com que "velocidade" a função se repete. A frequência nos fornece essa informação em Hz (ciclos/segundo), enquanto que a frequência angular nos fornece em rad/s(radianos por segundo).

1.3. Passo 3

1.3.1. Sistema Transmissivo Automotivo

Dimensionamento e frequências de sistema transmissivo de automóveis.

A - CHEVROLET ASTRA 2.0 FLEXPOWER HATCHTransmissão:Modelo manual: F17-5 Plus WRManual de 5 velocidades à frente sincronizadasRelação de marchas:Primeira -3,73rotações do motor para 1 do sistema de engrenagensSegunda: 1,96:1Terceira: 1,32:1Quarta: 0,95:1Quinta: 0,76:1Ré: 3,31:1Diferencial: 3,94:1

B - UNO MILLE FIRE Flex 1.0 HATCHTransmissão: Câmbio manual de 5 marchas (05 à frente e 01 a ré); tração dianteira com juntas homocinéticasRelação das marchas1ª marcha – 4,273 rotações do motor para 1 do sistema de engrenagens2ª marcha – 2,238 :13ª marcha – 1,444 :14ª marcha – 1,029 :15ª marcha– 0,872 :1Ré - 3,909 :1Relação de transmissão do diferencial 4,067 :1

1.4. Passo4

1.4.1. Sistema transmissivo automotivo completo

Para que um automóvel funcione é necessário acionar o motor. Para tal, existe um motor eléctrico de arranque que, ao ser acionado, dá início ao movimento de rotação da cambota. Como consequência, os êmbolos movimentam-se para cima e para baixo, dando início ao ciclo de sucessões de explosões que produzem a força motriz do motor.

Esta força motriz é transmitida às rodas do automóvel através do sistema de transmissão. Este é composto pela embreagem, caixa de velocidades, transmissão e diferencial.

A embreagem, que se situa entre o motor e a caixa de velocidades, permite desligar a energia produzida pelo motor das restantes partes que compõe o sistema de transmissão. Só então podemos fazer acionar a caixa de velocidades, através da qual se controla a força motriz e a velocidade que é fornecida às rodas. Na última fase do seu percurso até às rodas, que é feito através do veio de transmissão, a energia proveniente do motor passa pelo diferencial. Este componente tem como função fazer variar a velocidade de uma das rodas permitindo, por exemplo, que numa curva a roda de dentro rode mais lentamente que a roda de fora.

Figura 10: Esquema de funcionamento de um carro.

1.4.1.1 Motor

O motor é a fonte de energia do automóvel. Converte a energia calorífica produzida pela combustão da gasolina em energia mecânica, capaz de imprimir movimento nas rodas. O combustível e o ar formam uma mistura gasosa que é queimada dentro dos cilindros gerando assim energia e essa mistura é feita pelo carburador ou pela injeção eletrônica.

A mistura gasosa é formada no carburador ou calculada pela injeção eletrônica, nos motores mais modernos, e admitida nas câmaras de explosão. Os pistões, que se deslocam dentro dos cilindros, comprimem a mistura que é depois inflamada por uma vela de ignição. À medida que a mistura se inflama, expande-se, empurrando o pistão para baixo.

O movimento dos pistões para cima e para baixo é convertido em movimento rotativo pelo virabrequim ou eixo de manivelas o qual, por seu turno, o transmite às rodas

através da embreagem, da caixa de câmbio, do eixo de transmissão e do diferencial. Os pistões estão ligados ao virabrequim pelas bielas. O comando de válvulas, movida pelo virabrequim, aciona as válvulas de admissão e escapamento situadas geralmente na parte superior de cada cilindro.

Figura 11: Motor a combustão

Vale ressaltar que a energia inicial necessária para por o motor em movimento é fornecida pelo motor de arranque. Este engrena numa cremalheira que envolve o volante do motor, constituído por um disco pesado, fixado à extremidade do virabrequim.

Figura 12: Motor de arranque

1.4.1.2 Embreagem

A embreagem, que se situa entre o volante do motor e a caixa de cambio, permite desligar a energia motriz da parte restante da transmissão para libertar esta do torque quando as mudanças são engrenadas ou mudadas.

Figura 13: Embreagem

1.4.1.3 Caixa de cambio

A caixa de câmbio permite ao motor fornecer às rodas a força motriz apropriada a todas as condições de locomoção. Assim, quanto maior for o número de rotações ao virabrequim em relação ao número de rotações das rodas, maior será a força motriz transmitida às rodas, verificando-se, ao mesmo tempo, uma proporcional redução da velocidade do automóvel. Várias engrenagens são utilizadas para permitir uma ampla gama de multiplicações ou reduções.

Figura 14: Caixa de cambio

1.4.1.4 Acoplamentos do eixo cardam a caixa

Para que a transmissão da energia seja feita para as rodas, em caso de tração traseira, se faz necessário à utilização de acoplamento que fará a conexão da caixa de câmbio ao eixo de transmissão ou eixo cardam.

Figura 15: Acoplamento de eixo

1.4.1.5 Eixo de Transmissão (eixo Cardan)

Ele é responsável pelo transporte da energia até o diferencial onde é feito a transferência da energia as rodas.

Figura 16: Eixo de transmissão

Figura 16: Eixo de transmissão

1.4.1.6 Diferencial

O diferencial é um mecanismo que divide o torque do motor para duas direções, permitindo a cada saída rodar a uma velocidade diferente.

No diferencial também é realizada a mudança de direção da força.

Figura 17: Diferencial

1.4.1.7 Semieixo

Os semieixos são responsáveis pelo transporte da energia dividida pelo diferencial até as rodas.

Figura 18: Semieixo

1.4.1.7 Junta homocinética

As juntas homocinéticas são responsáveis pelo acoplamento do semieixo ao sistema de amortecimento da roda.

Figura 19: Junta Homocinética

Conclusão

Com a elaboração dessa atividade, fica definido o que é uma engrenagem, e foi possível conhecer diversos tipos de engrenagem e os seus usos. Com a pesquisa compreendemos os cálculos de período e frequência das engrenagens. Todo o sistema de transmissão de um automóvel foi elaborado através de pesquisas e fica bem claro as imagens contidas na atividade.

3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

PLT – 1710 Cálculo de uma variável / Deborah Hughes-Hallett – 3.ed. – Rio de Janeiro: LTC 1708.

PLT – 1709 Halliday, David, 1961 – fundamentos de física v.1 : mecânica – Rio de Janeiro : LTC, 1706.

https://docs.google.com/leaf?id=0B9WATR68YYLOYjlhMzdiY2UtZWM0ZS00NDU2LTlhMTItZWZkY2U4YWI5ZDli&hl=pt_BR.

https://docs.google.com/document/d/16FTUKsbSY13FTiOuPnOvKRlotcajgbPeYr_bFD17taU/edit?hl=pt_BR

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=explore&chrome=true&scrid=0B9WATR68YYLONTZlNThiOTAtYmE4YS00NDEzLWJhM2YtYjUzYYTU3NjQ5MzMz&hl=pt_BR

https://docs.google.com/documente/d/1Roj1Nw6US3sYZ7HKfSAKvbrBK4cIkh7AAZvZ_UC1rOU/edit?hl=pt_BR

https://docs.google.com/documente/d/1Iffm3MwYq7kJ13NDM5K1jqb7IYKeP8ETdagh2FKVHc/edit?hl=pt_BR

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=explore&chrome=true&scrib=0B9WATR68YYLOMmJlM2RmNmItOGRiMy00ZWUlLTg4YTctODEzMWJmMDg4MzAy&hl=pt_BR