Atps Mecanica Aplicada

ETAPA 1

 Passo 1

Tipos de Engrenagens e suas aplicações.

Engrenagens são rodas com dentes padronizados que servem para transmitir movimento e força entre dois eixos. Muitas vezes, as engrenagens são usadas para variar o número de rotações e o sentido da rotação de um eixo para o outro.

As engrenagens são usadas em milhares de dispositivos mecânicos, elas realizam várias tarefas importantes, mas a mais importante é que elas fornecem uma redução na transmissão em equipamentos motorizados. E isso é essencial porque, frequentemente, um pequeno motor girando muito rapidamente consegue fornecer energia suficiente para um dispositivo, mas não consegue dar o torque necessário. Por exemplo, uma chave de fenda elétrica tem uma redução de transmissão muito grande, porque precisa de muito torque para girar os parafusos, mas o motor só produz quantidade de torque pequena e velocidade alta. Com a redução de transmissão, a velocidade de saída pode ser diminuída e o torque, aumentado.

Mais uma coisa que as engrenagens fazem é ajustar a direção de rotação. Por exemplo, no diferencial existente entre as rodas traseiras do seu carro, a energia é transmitida por um eixo que passa pelo centro do carro, o que faz com que o diferencial tenha de "deslocar" essa energia em 90º, para aplicá-la sobre as rodas.

Partes da Engrenagens Dentes

Engrenagens de dentes retos

As engrenagens de dentes retos são o tipo mais comum de engrenagens elas são montadas em eixos paralelos há situações em que muitas dessas engrenagens são usadas juntas para criar grandes reduções na transmissão, porém elas podem ser muito barulhentas cada vez que os dentes se encaixam, eles colidem e esse impacto faz muito ruído. Além disso, também aumenta a tensão sobre os dentes.

Engrenagens helicoidais

Os dentes nas engrenagens helicoidais são cortados em ângulo com a face da engrenagem quando dois dentes em um sistema de engrenagens helicoidais se acoplam, o contato se inicia em uma extremidade do dente e gradualmente aumenta à medida que as engrenagens giram, até que os dois dentes estejam totalmente acoplados algo interessante sobre as engrenagens helicoidais é que se os ângulos dos dentes estiverem corretos, eles podem ser montados em eixos perpendiculares, ajustando o ângulo de rotação em 90º.

Engrenagens cônicas

As engrenagens cônicas são úteis quando a direção da rotação de um eixo precisa ser alterada. Elas costumam ser montadas em eixos separados por 90º, mas podem ser projetadas para funcionar em outros ângulos também os dentes das coroas podem ser retos, em espiral ou hipóides.

Engrenagem sem-fim

Engrenagens sem-fim são usadas quando grandes reduções de transmissão são necessárias esse tipo de engrenagem costuma ter reduções de 20:1, chegando até a 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 que transportam algum produto, nos quais a função de travamento pode agir como um freio para a esteira quando o motor não estiver funcionando.

Pinhão e cremalheira

Pinhão e cremalheira são usados para converter rotação em movimento linear um exemplo perfeito disso é o sistema de direção de muitos carros o volante gira uma engrenagem que se une à cremalheira conforme a engrenagem gira, ela desliza a cremalheira para a direita ou para a esquerda, dependendo do lado para o qual está virando o volante.

 Passo 2

Período e Frequência das engrenagens.

Período

Em um movimento circular, o tempo que se gasta para efetuar uma volta completa é

chamado de período do movimento, (representado por T) e o espaço percorrido durante um período é o comprimento da circunferência 2πr.

Em um movimento circular uniforme, a aceleração tangencial é nula e o módulo da

velocidade (ou velocidade linear) é dado por

v= 2πr/T

Frequência

Em um movimento circular uniforme, a quantidade de voltas dadas em uma unidade de tempo é chamada de frequência.

Exemplo:

Uma engrenagem realiza 50 rotações em 2 segundos, logo sua freqüência é dada

por:

f = 50/2 =25 voltas/s = 25Hz

Período e freqüência são grandezas inversamente proporcionais.

f = N/T t= N/f

Passo 4

Sistema transmissivo automotivo.

Abaixo temos uma figura que ilustra o sistema transmissivo de um automóvel de passeio.

Motor

O motor gera a força necessária para movimentar a si e ao conjunto de transmissão e o veículo. A força do motor é transmitida ao volante do motor que possui uma massa pesada para promover a cinética entre o intervalo de tempo das explosões do cilindro. Em uma das faces está a pista de transmissão de força que vai fazer contato com a embreagem e daí por diante continuar transmitindo a força do motor até as rodas.

Embreagem

É diretamente conectada ao motor, a embreagem é um dispositivo que permite conectar e desconectar o motor e a transmissão. Quando você pisa no pedal da embreagem, o motor e a transmissão estão desconectados, de forma que o motor pode rodar mesmo que o carro esteja parado. Quando você solta o pedal da embreagem, o motor e o eixo da embreagem são conectados diretamente um ao outro. O eixo e a engrenagem rodam na mesma rpm que o motor.

Transmissão

Onde se encontra o câmbio ou caixa de direção como também é conhecido, nesse setor é que se estabelece a RPM que será passada para as rodas. Na caixa de direção existem varias engrenagens que ao mudarmos de marcha se engatam e desengatam, aumentando, diminuindo, ou até mesmo mudando o sentido da rotação (no caso da marcha ré).

Eixo de Transmissão

O eixo de transmissão ou eixo cardã como também é conhecido, é um componente da transmissão, responsável pela transmissão do torque e cuja função é fornecer independência às forças motrizes. Muito utilizado em veículos com motor dianteiro e tração traseira ou 4x4 e em algumas motocicletas.

Junta U

Uma junta universal ou junta de Cardan é uma junção de acoplamento de um eixo que transfere o movimento em outra direção sem modificar o sentido de giro. Basicamente é um par de dobradiças articuladas entre si, mas que através de um eixo comum ambas ortogonalmente posicionado modifica a direção desse movimento.

Diferencial

O diferencial é um dispositivo mecânico indispensável em veículos de tração o diferencial tem a função de transferir e distribuir uniformemente o torque a dois semi-eixos que a principio giram em sentidos opostos, possibilitando assim a cada eixo uma gama de velocidade e rotações diferentes.

O diferencial possibilita transmissão da rotação igual aos semi-eixos, independentemente das suas velocidades de rotação.

Um diferencial transfere, mediante rodas dentadas (engrenagens), as rotações da esquerda para direita da transmissão, pelo eixo cardan e, quando equilibrado, transforma em movimento único (para frente ou para trás quando se engata a ré) a ré muda o sentido de rotação do eixo cardan, e não o diferencial, ou seja, com a ré engatada o eixo cardan move-se da direita para esquerda e o diferencial gira para trás.

Em geral, o diferencial é aplicado nos veículos terrestres tracionados por motores de qualquer natureza, o torque é produzido pelo motor e chega ao diferencial através do eixo cardan, e assim é dividido entre as duas rodas de tração. Uma das principais atuações do diferencial é no momento da curva, onde uma roda precisa girar mais do que a outra o diferencial não mantém o torque igual entre as rodas, podendo inclusive uma roda permanecer em repouso enquanto a outra recebe toda a potência e movimento gerado pelo motor, isso acontece porque a força tende a "seguir o caminho mais fácil". O diferencial tem um efeito que pode ser considerado como indesejado quando uma das rodas motoras perde aderência devido a piso escorregadio ou muito irregular. Nessas circunstâncias, o diferencial faz com que a roda com menor aderência gire rapidamente, desperdiçando toda potência mecânica produzida pelo motor. Este efeito pode ser eliminado com diferenciais auto-bloqueantes ou com diferenciais com bloqueio manual ou elétrico.

 Passo 3

Esquematizando a sequência transmissiva por engrenagens, em um carro com 5 marchas mais a marcha ré.

Eixo verde

O eixo verde vem do motor pela embreagem. O eixo e a engrenagem verdes estão conectados como uma só unidade. A embreagem é um dispositivo que permite conectar e desconectar o motor e a transmissão. Quando você pisa no pedal da embreagem, o motor e a transmissão estão desconectados, de forma que o motor pode rodar mesmo que o carro esteja parado. Quando você solta o pedal da embreagem, o motor e o eixo verde são conectados diretamente um ao outro. O eixo e a engrenagem verdes rodam na mesma rpm que o motor.

Eixo vermelho

O eixo e as engrenagens vermelhas são chamados de eixo secundário. Eles também estão conectados como uma peça única, de forma que todas as engrenagens no eixo secundário e o próprio eixo giram como uma unidade. Os eixos verde e vermelho são conectados diretamente por suas engrenagens entrelaçadas, assim, se o eixo verde estiver girando, o vermelho também estará. Dessa forma, o eixo secundário recebe sua potência diretamente do motor toda vez que a embreagem é utilizada.

Engrenagens azuis

As engrenagens azuis giram no eixo amarelo, mas elas não movimentam por si só o eixo amarelo. Se o motor estiver desligado mas o carro estiver em movimento, o eixo amarelo pode virar as engrenagens azuis para dentro enquanto elas e o eixo secundário estão parados.

Engrenagens roxas (anel).

A função do anel é conectar uma das duas engrenagens azuis ao eixo motor amarelo. O anel é conectado ao eixo amarelo pelas chavetas e gira com ele. Entretanto, o anel pode deslizar para a esquerda ou direita ao longo do eixo amarelo, para engatar qualquer uma das engrenagens azuis. Os dentes no anel, chamados de dentes caninos, encaixam-se em buracos nas laterais das engrenagens azuis para engatá-las.

Eixo amarelo

O eixo amarelo é responsável por girar as rodas através do diferencial, nele se encontram as engrenagens azuis e os anéis que são responsáveis por sua rotação, se as rodas estiverem girando, o eixo amarelo estará girando.

Primeira marcha

A figura abaixo mostra como que funciona o engate de marcha.

Nesta figura, o eixo verde do motor gira o eixo secundário, que por sua vez gira a engrenagem azul da direita. Essa engrenagem transmite sua energia pelo anel para conduzir o eixo motor amarelo. Enquanto isso, a engrenagem azul da esquerda está girando, mas está solta no seu mancal não tendo efeito sobre o eixo amarelo.

 Passo 4

Esquematizar o sequenciamento do sistema transmissivo automotivo, desde o motor, até a

chegada da transmissão aos pneus, através de um fluxograma ou ilustrações.

ETAPA 2

 Passo 1

Necessidade das trocas de marchas ‘‘vantagem mecânica’’.

Os carros necessitam de transmissões devido à física do motor a gasolina. Primeiro, todo motor possui um limite, um valor de rpm máximo, acima do qual não consegue rodar sem explodir. Em segundo lugar os motores possuem faixas estreitas de rpm e o cavalo de força e o torque estão no seu máximo. Um motor, por exemplo, pode produzir seu máximo de cavalo de força a 5.500 rpm. A transmissão permite que a relação de transmissão entre o motor e as rodas de acionamento mude à medida que a velocidade do carro aumenta ou diminui. Trocam-se as marchas para que o motor mantenha-se abaixo do limite e próximo da faixa de rpm de sua melhor performance. Ou seja o motor necessita de trocas de marchas sendo elas manuais ou não, para aproveitar o máximo de potência que o motor produz em uma determinada faixa de rpm, assim aumentando a velocidade gradativamente sem agredir o motor.

Uma transmissão de cinco velocidades aplica uma das cinco relações de transmissão, para que o eixo de entrada produza um valor de rpm diferente no eixo de saída. Aqui estão algumas relações de transmissão:

Marcha Relação RPM na transmissão do eixo de

saída com o motor a 3.000 rpm

1ª 2.315:1 1.295

2ª 1.568:1 1.913

3ª 1.195:1 2.510

4ª 1.000:1 3.000

5ª 0.915:1 3.278

 Passo 2

Os sitemas de transmisão podem occorer de forma manual ou altomatica, sendo diferenciada pelas formas que as marrchas são engrenadas não interferindo no resultado final eu é retirar o automóvel da inércia

 Passo 3