RELATÓRIO FINAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DESENVOLVIMENTO DE UMA BANCADA DE TESTES PARA ANALISAR A DINÂMICA DE UMA CVT

Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca – CEFET/RJ

Diretoria de Pesquisa e Pós-Graduação - DIPPG

Coordenadoria de Pesquisa e Estudos Tecnológicos - COPET

RELATÓRIO FINAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

DESENVOLVIMENTO DE UMA BANCADA DE TESTES PARA ANALISAR A DINÂMICA DE UMA CVT

Aluno(s):

João Pedro Lopes de Oliveira (Eng. Mecânica / 9º período) Bolsista CNPQ

Orientador:

Ricardo Alexandre Amar de Aguiar

Rio de Janeiro, RJ - Brasil

Agosto 2018

Resumo

A transmissão continuamente variável (CVT) é um tipo de transmissão que assim como as transmissões automáticas, dispensa a intervenção humana para mudança em sua taxa de relação. Porém diferentes do mecanismo automático convencional, o câmbio CVT funciona de maneira contínua e sem “trancos”, uma vez que sua mudança de relação está diretamente ligada a rotação do motor e não possui troca de marchas. Atualmente, de sua já conhecida aplicação e pequenos veículos, o câmbio CVT é utilizado em veículos de passeio como opcional de conforto para o cliente, apresentando também uma melhor eficiência no consumo de combustível. O objetivo desse trabalho é analisar a transmissão utilizada pela equipe Mud Runner BAJA SAE do CEFET/RJ, modelo Gaged Dominator GX9, desenvolvendo uma bancada de testes a fim de obter, com o auxílio da instrumentação necessária, dados do comportamento dinâmico da mesma e futuramente trabalhar em sua otimização. O estudo contou com o auxílio dos membros de Trem de Força e Eletrônica da equipe Mud Runner BAJA SAE.

1. Introdução

O Baja SAE é um projeto de extensão universitária criado nos Estados Unidos, no ano de 1976, que tem como propósito trazer para a prática o conhecimento adquirido por alunos das mais diversas engenharias, a partir do desenvolvimento de um protótipo off-road tripulado por um próprio aluno. Tal protótipo deve ser pensado com robustez e, por se tratar de um automóvel, sempre buscar otimizar a relação peso x resistência. O mesmo deve ser versátil e resistente o suficiente para superar os obstáculos impostos nas competições organizadas pela SAE.

No Brasil, são realizadas, anualmente duas competições oficiais entre universidades, sendo uma a âmbito regional e outra nacional (Figura 01). Durante as competições, as equipes são avaliadas em seu relatório de projeto, apresentações em áreas como gestão, análise estrutural, eletrônica, trem de força, suspenção e direção, freio, entre outras. Depois das inspeções de segurança estática e dinâmica, em que se verifica a adequação da equipe e do protótipo ao regulamento proposto, tem-se a disputa entre os protótipos em provas de aceleração e velocidade, carga tracionada e enduro de resistência.

Figura 01 – Protótipo MR18 da equipe Mud Runner, na 24ª competição

Baja SAE Brasil

2. O Câmbio CVT

2.1. O que é uma CVT?

Uma Transmissão Continuamente Variável (CVT) é um dispositivo de transmissão de potência em que a relação de velocidades pode ser mudada de maneira fluida e sem trancos para o motorista. Uma CVT (Figura 02) transmite potência sem as descontinuidades típicas das transmissões manuais, de forma a evitar mudanças abruptas no torque e na velocidade de saída e é mais econômico pois trabalha sempre no ponto ótimo de giro do sistema, em harmonia com o motor.

O protótipo da equipe Mud Runner, bem como o da grande maioria das esquipe de baja SAE utiliza CVT por polias expansivas e correia (no caso do baja, correia de borracha). Esta variação do câmbio CVT é a mais difundida no meio automobilístico, sendo usado por diversas montadoras.

Figura 02 – CVT de correia metálica

2.2. CVT por polias expansivas e correia

Uma CVT por polias expansivas (Figura 03) funciona de acordo com a mudança simultânea nos raios de operação de ambas polias, motriz e movida. Essa variação de raio gera a mudança de relação da transmissão, que está diretamente ligada ao RPM do motor, onde está acoplada a CVT motriz.

Para a configuração inicial de um cambio CVT, observamos que a polia motriz apresenta seu menor diâmetro enquanto a polia movida parte do repouso apresentando o seu maior diâmetro, o que confere à posição inicial a maior relação de transmissão, fornecendo uma elevada faixa de torque de partida. Com o aumento da velocidade de rotação do motor, o conjunto de massas da polia motriz, através da força centrífuga, comprime os pratos da CVT motriz, encurtando a distância entre os mesmos. Os pratos comprimem a correia para fora que por sua vez força o afastamento dos pratos da CVT movida, alterando a relação de transmissão do conjunto, uma vez que o comprimento da correia não muda.

Figura 03 – Esquema de funcionamento de uma CVT por polias expansivas

O protótipo Baja SAE do CEFET/RJ MR18 utiliza atualmente em seu sistema de transmissão a CVT GAGED GX9b (Figura 04) e um trem de engrenagens (Figura 05) como estágio fixo. Ambos são movidos por um motor Briggs e Stratton monocilíndrico de 10HP e 305cc. Através da variação dos diâmetros das polias da CVT, ocorre a variação das relações de transmissão do Baja, o que permite a multiplicação do torque gerado pelo motor, quando são necessárias maiores forças trativas e também a multiplicação da rotação, quando são desejadas maiores velocidades.

Figura 04 – CVT Gaged GX9b em funcionamento

Figura 05 – Trem de engrenagens, redução