O dispositivo e o princípio de operação da caixa de câmbio

Para um carro andar na estrada, não basta ter um motor potente e eficiente sob o capô. O torque do virabrequim deve ser transmitido de alguma forma às rodas motrizes do veículo.

Para isso, foi criado um mecanismo especial - uma caixa de câmbio. Considere sua estrutura e propósito, bem como como as diferentes modificações de KP diferem.

O propósito da caixa de câmbio

Resumindo, a caixa de câmbio é projetada para transferir o torque da unidade de força para as rodas motrizes. A transmissão também converte a velocidade do virabrequim para que o motorista possa acelerar o carro sem colocar o motor na rotação máxima.

Este mecanismo é compatível com os parâmetros do motor de combustão interna para maximizar todo o recurso do motor sem danificar suas peças. Graças à transmissão, a máquina pode se mover para frente e para trás.

Todos os carros modernos possuem uma transmissão que permite desabilitar temporariamente o acoplamento rígido do virabrequim com as rodas motrizes. Isso permite que o carro fique em ponto morto, por exemplo, aproximando-se suavemente de um semáforo. Este mecanismo também permite que você não desligue o motor quando o carro para. Isso é necessário para recarregar a bateria e operar equipamentos adicionais, como um ar condicionado.

Cada proposta comercial deve atender aos seguintes requisitos:

• Proporcionam tração do carro e economia no consumo de combustível dependendo da potência e volume do motor;
• Facilidade de uso (o motorista não deve se distrair da estrada ao mudar a velocidade do veículo);
• Não faça barulho durante a operação;
• Alta confiabilidade e eficiência;
• Dimensões mínimas (tanto quanto possível no caso de veículos potentes).

Caixa de velocidades

Ao longo da história da indústria automotiva, este mecanismo foi constantemente modernizado, pelo que hoje existe uma grande variedade de transmissões que apresentam muitas diferenças significativas.

O dispositivo de qualquer caixa de câmbio inclui:

• Habitação. Contém todas as peças necessárias que garantem o acoplamento do motor ao eixo de acionamento, a partir do qual a rotação é transmitida às rodas.
• Reservatório de óleo. Como nesse mecanismo as peças ficam em contato umas com as outras sob carga pesada, a lubrificação garante seu resfriamento e cria uma película de óleo que protege contra o desgaste prematuro das engrenagens.
• Mecanismo de transmissão de velocidade. Dependendo do tipo de caixa, o mecanismo pode incluir eixos, um conjunto de engrenagens, uma engrenagem planetária, um conversor de torque, discos de fricção, correias e polias.

Classificação KP

Existem vários parâmetros pelos quais todas as caixas são classificadas. Existem seis desses sinais. Em cada um deles, o torque é fornecido à roda motriz de acordo com seu próprio princípio e possui um método diferente de seleção de marcha.

Pelo método de transmissão de fluxo de energia

Esta categoria inclui os seguintes KPs:

• Caixa de engrenagens mecânica. Nesta modificação, a tomada de força é realizada por uma engrenagem.
• Caixa de engrenagens com eixos coaxiais. A rotação também é transmitida através de um trem de engrenagens, apenas seus elementos são feitos de forma cônica ou cilíndrica.
• Planetário. A rotação é transmitida através de um conjunto de engrenagens planetárias, cujas engrenagens estão localizadas em um plano.
• Hidromecânica. Em tal transmissão, uma transmissão mecânica (principalmente do tipo planetária) é usada em conjunto com um conversor de torque ou acoplamento de fluido.
• CVT. Este é um tipo de caixa de câmbio que não usa uma transmissão escalonada. Na maioria das vezes, esse mecanismo funciona junto com um acoplamento de fluido e uma conexão de correia.

Pelo número de eixos principais com engrenagens

Ao classificar as caixas de engrenagens pelo número de eixos, eles são diferenciados:

• Com dois eixos e engrenagem de um estágio do eixo. Não há direção direta nessas transmissões. Na maioria das vezes, essas modificações podem ser encontradas em carros com tração dianteira. Alguns modelos com motores montados na parte traseira também possuem uma caixa semelhante.
• Com três eixos e engrenagem de eixo de dois estágios. Nesta categoria, existem versões com eixos coaxiais e não coaxiais. No primeiro caso, há uma transmissão direta. Em seção transversal, possui dimensões menores e um comprimento ligeiramente maior. Essas caixas são usadas em carros com tração traseira. A segunda subcategoria não tem transmissão direta. Basicamente, essa modificação é usada em veículos com tração nas quatro rodas e tratores.
• Com vários eixos. Nesta categoria de caixa de engrenagens, os eixos podem ter um número de engate sequencial ou não sequencial. Essas caixas de engrenagens são usadas principalmente em tratores e máquinas-ferramentas. Isso permite mais engrenagens.
• Sem eixos. Esses pontos de verificação não são usados ​​no transporte comum. Entre esses modelos, existem versões coaxiais e não alinhadas. Eles são usados ​​principalmente em tanques.

Classificação das caixas de engrenagens planetárias

As caixas de engrenagens planetárias são divididas de acordo com os seguintes parâmetros:

• Dois, três, quatro ou mais graus de liberdade quando todos os elementos de fricção estão desconectados;
• O tipo de engrenagem planetária utilizada no mecanismo é epicíclica (a coroa principal possui um arranjo interno ou externo de dentes).

Por método de controle

Nesta categoria, existem as seguintes caixas:

• Manual. Nesses modelos, o motorista seleciona a marcha desejada. Existem dois tipos de transmissões manuais: a mudança é feita pelo esforço do motorista ou por meio de um servo. Em ambos os casos, o controle é realizado por uma pessoa, apenas a segunda categoria da caixa de câmbio possui um servo dispositivo. Ele recebe um sinal do motorista e, em seguida, define a marcha selecionada. As máquinas costumam usar um servo acionamento hidráulico.
• Automático. A unidade de controle eletrônico determina vários fatores (o grau de pressão do acelerador, a carga proveniente das rodas, a velocidade do virabrequim, etc.) e, com base nisso, determina-se quando engatar uma marcha para cima ou para baixo.
• Robô. Esta é uma caixa eletromecânica. Nele, as engrenagens são acionadas no modo automático, apenas seu dispositivo é como o da mecânica comum. Quando a transmissão robótica está funcionando, o motorista não participa da mudança de marcha. A própria unidade de controle determina quando engatar qual marcha. Nesse caso, a comutação ocorre quase imperceptivelmente.

Pelo número de engrenagens

Esta classificação é a mais simples. Nele, todas as caixas são divididas pelo número de engrenagens, por exemplo, quatro, cinco, seis e assim por diante. Esta categoria inclui modelos não apenas manuais, mas também automáticos.

Tipos de caixa de velocidades

A classificação mais comum é pelo tipo da própria caixa:

• Mecânica. Nestes modelos, a seleção e mudança de marchas são feitas inteiramente pelo motorista. Basicamente, é uma caixa de câmbio com diversos eixos, que funciona através de um trem de engrenagens.
• Máquina. Esta transmissão funciona em modo automático. A seleção de uma engrenagem adequada é baseada nos parâmetros medidos pelo sistema de controle da caixa de engrenagem.
• O robô é uma espécie de caixa de engrenagens mecânica. O desenho desta modificação praticamente não difere da mecânica convencional: possui uma embreagem e as engrenagens são engatadas por meio da conexão da engrenagem correspondente no eixo acionado. Apenas o controle da marcha é controlado pelo computador, não pelo motorista. A vantagem dessa transmissão é a troca de marchas mais suave possível.

Caixas de engrenagens de design específico

Além das transmissões conhecidas, modificações exclusivas também podem ser usadas em veículos. Esses tipos de caixas têm um design específico e, com ele, seu próprio princípio de funcionamento.

Bezvalnaya KP

As transmissões que não usam eixos pré-montados são chamadas de sem eixo. Em seu design, eles têm várias fileiras de engrenagens localizadas em dois eixos paralelos. As engrenagens são conectadas travando as embreagens.

As engrenagens estão localizadas em dois eixos. Dois deles são fixados firmemente: no líder é instalado na primeira fila e no escravo - na última. As engrenagens intermediárias localizadas nelas podem desempenhar o papel de guiador ou acionado, dependendo da relação de transmissão gerada.

Esta modificação permite que a relação de transmissão seja aumentada em ambas as direções. Outra vantagem dessa transmissão é o aumento da faixa de potência da caixa. Uma das desvantagens mais graves é a presença obrigatória de um sistema automático auxiliar com o qual são feitas as mudanças de marcha.

Caixa de engrenagens não sincronizada

Outro tipo de caixa específica é a não sincronizada ou que não possui sincronizadores em seu projeto. Pode ser do tipo malha permanente ou engrenagem deslizante.

Para mudar de marcha em tal caixa, o motorista deve ter uma certa habilidade. Ele deve ser capaz de sincronizar de forma independente a rotação de engrenagens e acoplamentos, determinando o tempo de transição de marcha em marcha, bem como equalizar a velocidade de rotação do virabrequim com o acelerador. Os profissionais referem-se a esse procedimento como rebase ou compressão dupla da embreagem.

Para realizar mudanças suaves, o motorista deve ter experiência na operação de tais mecanismos. Um tipo semelhante de transmissão é instalado em tratores americanos, motocicletas, às vezes em tratores e carros esportivos. Nas transmissões não sincronizadas modernas, a embreagem pode ser omitida.

Caixa de câmbio cam

Caixas de came são uma espécie de modelo não sincronizado. A diferença é a forma dos dentes engrenados. Para melhorar a eficiência da caixa de engrenagens, uma forma retangular ou perfil de came dos dentes é usada.

Essas caixas são muito barulhentas, portanto, são utilizadas em veículos leves, principalmente em carros de corrida. Durante a competição, esse fator não é levado em consideração, mas em um carro comum essa transmissão não proporcionará uma oportunidade de desfrutar do passeio.

KP sequencial

Uma caixa de câmbio sequencial é um tipo de transmissão em que a redução ou subida de marcha é realizada exclusivamente em uma etapa. Para fazer isso, uma alavanca ou interruptor de pé (em motocicletas) é usado, o que permite que você mova a engrenagem na cesta apenas uma posição de cada vez.

Uma transmissão automática como a Tiptronic tem um princípio de operação semelhante, mas apenas imita a ação dessa transmissão. A caixa de câmbio sequencial clássica é instalada em carros F-1. A velocidade de comutação neles é realizada usando shifters de remo.

CP pré-seletivo

Na versão clássica, a caixa de câmbio pré-selecionada exigia uma seleção preliminar da próxima marcha antes que a caixa de câmbio fosse trocada para ela. Freqüentemente parecia assim. Enquanto o carro estava em movimento, o motorista engatou a próxima marcha no seletor. O mecanismo estava se preparando para mudar, mas o fez sob comando, por exemplo, após pressionar a embreagem.

Anteriormente, essas caixas de engrenagens eram usadas em equipamentos militares com transmissão não sincronizada, sem eixo ou planetária. Essas modificações na caixa tornaram mais fácil operar mecanismos complexos até que as caixas mecânicas e automáticas sincronizadas fossem desenvolvidas.

Atualmente, uma caixa de pré-seleção é usada, mas é mais comumente chamada de transmissão de dupla embreagem. Neste caso, o próprio computador prepara a transição para a velocidade desejada conectando um eixo adequado com a engrenagem engatada no disco desbloqueado antecipadamente. Outro nome para esse tipo no design moderno é robô.

Escolha da caixa de velocidades. O que é melhor?

Muitas das caixas de engrenagens listadas são usadas apenas em equipamentos especiais ou em máquinas-ferramentas. As principais caixas de câmbio, amplamente utilizadas em veículos leves, são:

• Transmissão manual. Este é o tipo de transmissão mais simples. Para que o movimento de rotação seja transmitido da unidade de potência para o eixo da caixa de câmbio, uma cesta de embreagem é usada. Ao pressionar o pedal, o motorista desconecta do motor o eixo de acionamento da caixa, o que permite selecionar uma marcha adequada para uma determinada velocidade sem prejudicar o mecanismo.
• Transmissão automática. O torque do motor é fornecido por meio de uma transmissão hidráulica (conversor de torque ou acoplamento de fluido). O fluido de trabalho atua como uma embreagem no mecanismo. Ele aciona, via de regra, uma caixa de câmbio planetária. Todo o sistema é controlado por uma unidade de controle eletrônico que analisa os dados de muitos sensores e seleciona a relação de engrenagem de acordo. Entre as caixas automáticas, existem muitas modificações que utilizam diferentes esquemas de funcionamento (dependendo do fabricante). Existem até modelos automáticos com controle manual.
• Transmissão robótica. Esses KPs também têm suas próprias variedades. Existem tipos elétricos, hidráulicos e combinados. Em design, o robô é basicamente semelhante a uma transmissão manual, apenas com uma embreagem dupla. O primeiro fornece torque do motor para as rodas motrizes e o segundo prepara automaticamente o mecanismo para engatar a próxima marcha.
• Transmissão CVT. Em uma versão comum, o variador consiste em duas polias, que são interligadas por uma correia (uma ou mais). O princípio de operação é o seguinte. A polia se expande ou desliza, fazendo com que a correia se mova para um elemento de diâmetro maior ou menor. A partir disso, a relação de transmissão muda.

Aqui está um gráfico comparativo de cada tipo de caixa com suas vantagens e desvantagens.

Tipo de caixa:	Como funciona	Valor	Contras:
Transmissão manual	Mudança manual, engrenagem sincronizada.	Estrutura simples, barata para reparar e manter, economiza combustível.	Um iniciante precisa se acostumar com a operação sincronizada da embreagem e do pedal do acelerador, especialmente ao iniciar uma subida. Nem todo mundo consegue ligar o equipamento certo imediatamente. Requer um uso suave da embreagem.
Transmissão automática	A bomba hidráulica cria a pressão do fluido de trabalho, que aciona a turbina, e que transmite a rotação para a engrenagem planetária.	Dirija confortavelmente. Não requer intervenção do motorista no processo de mudança de marcha. Muda de marcha, aproveitando ao máximo todo o recurso do motor. Elimina o fator humano (quando o motorista acidentalmente liga a primeira velocidade em vez da terceira). Muda as marchas suavemente.	Alto custo de manutenção. A massa é maior que a da transmissão manual. Em comparação com o tipo de transmissão anterior, esta resultará em maior consumo de combustível. A eficiência e a dinâmica são menores, especialmente com um estilo de direção esportivo.
Робот	A embreagem dupla permite que você prepare a próxima marcha para engatar durante a condução. Na maioria das vezes, as transmissões pares estão ligadas a um grupo e as estranhas ao outro. Internamente semelhante a uma caixa mecânica.	Suavidade máxima de comutação. Não requer intervenção do motorista no processo de trabalho. Consumo de combustível econômico. Alta eficiência e dinâmica. Alguns modelos têm a capacidade de selecionar o modo de operação.	A complexidade do mecanismo leva à sua baixa confiabilidade, manutenção frequente e cara. Tolera mal as condições de estrada difíceis.
Variador (CVT)	O torque é transmitido por meio de um conversor de torque, como em uma máquina automática. A mudança de marcha é realizada movendo a polia do eixo de transmissão, que empurra a correia para a posição desejada, o que aumenta ou diminui a relação de transmissão.	Comutação sem solavancos, mais dinâmico em comparação com uma máquina convencional. Permite uma pequena economia de combustível.	Não é usado em unidades de potência potentes, pois a transmissão é por correia. Alto custo de manutenção. Requer o correto funcionamento dos sensores, dos quais é recebido o sinal para o funcionamento do CVT. Tolera mal as condições de estrada difíceis e não gosta de rebocar.

Ao decidir sobre o tipo de transmissão, é necessário proceder não apenas a partir da capacidade financeira, mas focar mais se esta caixa é adequada para o carro. Não é à toa que os fabricantes de fábrica emparelham cada unidade de potência com uma caixa específica.

Uma transmissão manual é mais adequada para um motorista ativo que entende os meandros do controle de um carro em alta velocidade. A máquina é mais indicada para quem gosta de conforto. O robô fornecerá um consumo de combustível razoável e está adaptado para uma condução medida. Para os amantes do funcionamento mais suave da máquina, um variador é adequado.

Em termos de especificações técnicas, é impossível apontar para a caixa perfeita. Cada um deles é bom em suas próprias condições e com habilidades de direção específicas. Em um caso, é mais fácil para um iniciante começar operando uma variedade de transmissões automáticas; em outro, é preferível desenvolver a habilidade de usar a mecânica.

Perguntas e Respostas:

Como funciona a caixa de câmbio? A transmissão manual consiste em um conjunto de engrenagens que formam diferentes relações de transmissão. A transmissão automática é equipada com conversor de torque e polias de diâmetro variável (variador). O robô é um análogo da mecânica, apenas com uma embreagem dupla.

O que há dentro da caixa de câmbio? Dentro de qualquer caixa de engrenagens, há um eixo de transmissão e um eixo de transmissão. Dependendo do tipo de caixa, polias ou engrenagens são instaladas nos eixos.