Vamos falar um pouco sobre sistemas que fazem com que o veículo saia de um ponto em repouso e entre em movimento, basicamente necessita de 3 grupos, motor, câmbio e rodas, uma tríade do trem de força.
O motor é o elemento que transforma energia química do combustível em energia mecânica através do processo de combustão, e essa energia mecânica é transmitida para as rodas, mas não diretamente, e sim com os sistemas de acoplamento intermediando o torque do motor para as rodas.
O motor de ciclo OTTO, em marcha lenta, tem uma rotação mínima de trabalho, vamos usar como exemplo 800 RPM, mas existem motores que trabalham com rotações até menores, porém neste artigo iremos abordar 800 RPM de referência, abaixo desse RPM o motor não teria forças suficiente para vencer as resistências de atrito dos seus próprios mecanismos, resistências a compressão dos cilindros, resistência de atrito dos elementos mecânicos, ou seja todos os componentes que trabalham para rotacionar o motor, sendo assim apagaria em RPM abaixo de 800 rotações, o motor não teria força suficiente para trabalhar em marcha lenta.
Observe no gráfico de curva de torque e potência que o motor inicia as curvas acima de 800 RPM, o mesmo não gera torque e potência partindo de 0 RPM, pois necessita de uma rotação ideal de trabalho para vencer as resistências. O motor, para sair da inércia, necessita de um mecanismo auxiliar para iniciar seu movimento e assim entrar em processo de combustão e se estabilizar em marcha lenta controlado por um gerenciamento eletrônico, utilizando um motor de arranque que tem como função impulsionar o motor quando este ainda está parado. Ele é alimentado com um cabo positivo ligado diretamente da bateria e um negativo ligado à carroceria do veículo e é acionado quando o condutor do automóvel gira a chave de ignição totalmente.
Sabendo que o motor em marcha lenta trabalha em 800 RPM, imagine essa rotação conectada diretamente nas rodas, ao dar a partida no motor, o veículo já iria entrar em movimento. Por isso temos as embreagens e conversores de torque, que acoplam e desacoplam o motor ao sistema de transmissão do veículo. A embreagem transmite a potência do motor para o câmbio através de atrito e os conversores de torque transmitem potência através do fluido. Embreagens são dispositivos mecânicos que permitem o acoplamento ou desacoplamento de duas árvores (conjunto de eixo e engrenagens) por um comando externo. A capacidade de transmissão de torque da embreagem necessita de basicamente quatro fatores: coeficiente de atrito, raio médio da embreagem, carga axial que exerce a placa de pressão, e o número de faces de atrito. Em um carro com transmissão manual, a embreagem controla a conexão entre o eixo virabrequim do motor e os eixos que giram as rodas. É uma parte vital do maquinário de trabalho do carro, pois o motor gera energia o tempo todo com rotações constantes, mas as rodas não giram constantemente, igual ao motor.
Para permitir que o carro mude de velocidade e pare completamente sem desligar o motor, a conexão entre as rodas e o motor precisa ser interrompida temporariamente. A embreagem possui duas partes principais: a placa de embreagem e o volante. Se o seu pé não estiver pressionando o pedal da embreagem, há um conjunto de molas que mantêm uma placa de pressão atuando contra a placa da embreagem.
A pressão das molas também empurra a placa de embreagem contra o volante. Isso conecta o motor ao eixo que transfere o movimento para as rodas e faz as duas girarem ao mesmo tempo. Quando seu pé empurra o pedal da embreagem, você pressiona um garfo de liberação que, por meio de uma série de molas e pinos, puxa a placa de pressão para longe da placa de embreagem. Isso quebra a conexão entre o motor em rotação e as rodas, o que significa que as rodas continuam a girar, mas sob seu próprio impulso, não por meio da força do motor
Ce= Cf. Rm . P. n
1. Ce: Capacidade de transmissão de torque
2. Cf= Coeficiente de atrito
3. Rm= Raio médio de giro
4. P=Carga da placa de pressão
5. n=Número de Faces
O coeficiente de atrito da embreagem varia em torno de 0,2 a 0,5, se o coeficiente de atrito for muito alto, iremos ter mais atrito da embreagem ao volante do motor, gerando assim mais acúmulo de energia e consequentemente mais calor, e isso diminuirá o atrito da embreagem devido à alta temperatura gerada pelo excesso de atrito. E quanto menor o atrito da embreagem menor será a transferência de torque, para isso a engenharia de desenvolvimento de produto define um coeficiente de atrito entre 0,2 a 0,5.
O raio médio de giro da embreagem é dado pelo raio externo mais o raio interno dividido por 2. A carga da placa de pressão varia em tono de 2500 Newton a 40.000 Newton, e o número de faces é mais comum de duas faces em monodisco.
Tendo o conhecimento de como é feita a transferência de torque do motor para as rodas através da embreagem, vamos abordar com um gráfico de hipérbole comentando como é a relação de curva de tração em relação a velocidade. Uma das funções da embreagem é transmitir a força do motor progressivamente para as rodas, pois se o torque fosse transferido de forma agressiva, o motor iria dar alguns trancos. Para o veículo se deslocar ele necessita de uma força de tração, essa tração será dada pelas rodas através do atrito das borrachas dos pneus com o solo, porém existe um limite de aderência, se esse limite for ultrapassado o veículo irá deslizar sobre o solo e terá perda de atrito, ocorrendo a patinação das rodas.
Observe no gráfico de hipérbole que o limite de aderência em nosso artigo ocorreria acima de 18 KN de torque.
A relação de engrenagem de cada marcha do câmbio possibilita o progresso de tração do veículo em função da velocidade, uma engrenagem de primeira marcha tem mais torque de saída do que as marchas subsequentes, mas não atinge altas velocidades. Observe no gráfico de hipérbole que com 800 RPM em primeira marcha temos 3 KN de torque e em 2000 RPM temos 6 KN de torque, atingindo uma velocidade máxima de 45 KM/H, se por algum motivo viesse a ultrapassar a rotação máxima da relação de primeira marcha, poderá quebrar.
Logo na segunda marcha temos menos torque de saída em relação à primeira marcha, em torno de 2 KN de torque, mas essa relação de segunda marcha atinge velocidades superiores, na casa de 80 KM/h. Se iniciasse o movimento do veículo com a relação da segunda marcha o veículo teria menos força de tração do que a primeira marcha, por isso cada relação de engrenagem tem sua importância para o progresso da velocidade em harmonia, sendo assim, para alcançar velocidades maiores precisamos de mais relações de engrenagens.
Por último no gráfico de hipérbole de tração temos a representação de 5 marchas em relação a uma curva ideal de tração, essa curva da hipérbole determina uma condição ideal de trabalho para cada relação de engrenagem em função da velocidade e RPM. Observe no gráfico que na primeira marcha temos mais torque e menos velocidade, e na 5ª marcha temos menos torque e mais velocidade.
Para o veículo se deslocar, além das resistências dos mecanismos do trem de força, encontram-se alguns fatores físicos externos a mais para vencer, são 4 fatores de resistência:
• Resistência ao rolamento RR;
• Resistência Aerodinâmica RA;
• Resistência ao Gradiente de Inclinação RG;
• Resistência ou Inércia de Aceleração RI.
A resistência ao rolamento é dada pelo contato do pneu com o solo, a resistência ao rolamento é a força que o pneu opõe ao deslocamento do carro e grande parte dessa resistência (até 95%) está relacionada ao desenho da banda de rodagem e aos materiais empregados, sobretudo, pelas deformações causadas pelas irregularidades do solo. A resistência resulta em perdas energéticas, influenciando de forma significativa no consumo de combustível e, consequentemente, em maiores emissões de gases poluentes.
O arrasto aerodinâmico é a força que faz resistência ao movimento do carro através do ar. Então quando um carro está em movimento ele desloca o ar, no entanto isso afeta a velocidade e o desempenho. Quanto menor o coeficiente de atrito do veículo, menor será a resistência aerodinâmica, podemos verificar o coeficiente de atrito em fichas técnicas do automóvel, geralmente no Brasil estará em (Cx)
A resistência de inclinação está relacionada ao peso do veículo no plano da pista, em função do ângulo de inclinação e a relação à horizontal. Ou seja, quanto maior a porcentagem de inclinação e peso do veículo, mais torque será exigido para vencer essa resistência.
E por fim a resistência de inércia, definida pelas massas de translação não rotativas e rotativas, sendo elas, chassis, carroceria, e componentes do trem de força.
Até a próxima edição!