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Veios de Transmissão - Funcionamento / Ângulos Operacionais Óptimos

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    Veios de Transmissão - Funcionamento / Ângulos Operacionais Óptimos

    Página da Internet dedicada ao assunto: http://www.pirate4x4.com/tech/billav...ft/index2.html

    Aqui fica a minha tradução ;D




    Alinhamento apontado pelas setas VERDES = CORECTO;
    Alinhamento apontado pelas setas AZUIS = INCORRECTO.



    Esta é a imagem de um veio de transmissão de origem do BJ40. Devem verificar se as “cruzes” a vermelho estão alinhadas. Pois muitas das vezes ao desmontar/montar esquecemos de verificar esse alinhamento (recomendado de fábrica). Para outras marcas julgo que funciona de forma idêntica.

    Relativamente ao artigo americano sobre veios de transmissão. Faço de seguida a tradução de algumas partes.
    Desde já peço desculpa por alguns termos mal traduzidos para português ou más interpretações. Por isso recomendo uma leitura atenta do artigo.

    Um veio de transmissão comum (nos nossos 4X4) é constituído por duas peças onde existe uma cruzeta em cada uma dessas peças (nas suas extremidades). Essas peças apresentam um estriado (exterior e interior). Estando a peça de estriado exterior inserida dentro da outra com estriado interior. Essa zona de estriado é o percurso (distancia) desenvolvido pelo veio de forma a acompanhar os movimentos da suspensão e ponte do nosso jipe. A suspensão/ponte ao subir vai provocar as duas peças do veio a juntar-se, a suspensão/ponte ao baixar vai fazer com que o pinhão se distancie mais da caixa de transferências, levando ao afastamento das peças.

    As nossas máquinas de origem vêm com uma determinada configuração ao nível das transmissões (motor – caixas – diferenciais – rodas). Essa configuração é a óptima para esse mesmo veículo, da forma como está. Á medida que começamos a alterar essa mesma viatura para determinado tipo de terreno (offroad), (por exemplo kit de aumento de suspensão) leva a que configuração existente (caixa – diferenciais) não seja adequada. Pois estamos a usar a viatura com ângulos operacionais diferentes dos óptimos, levando algumas peças (por exemplo – as cruzetas / veios) a funcionar para além do seu limite (limite esse que deixa de proporcionar uma adequada performance). Por exemplo – a existência de vibrações nos veios de transmissão a determinada velocidade no asfalto.

    Imaginemos que a nossa caixa de transferências está 100% alinhada com o pinhão do diferencial (ângulo operacional de zero graus), esta é a situação ideal para o funcionamento das cruzetas (condições ideais para o funcionamento desta peça – iriam trabalhar de forma circular). Contudo, isto nunca será possível, pois em andamento a suspensão irá provocar indirectamente alterações constantes nos ângulos de operação. Assim sendo, as cruzetas passam a trabalhar numa forma elíptica.



    Nesta imagem, podemos observar o trajecto das cruzetas (duas por veio de transmissão – normal) sempre que exista algum ângulo de operação. Para uma velocidade constante, as cruzetas vão aumentar/reduzir a sua velocidade de rotação duas vezes por cada volta completa.

    Sejam: a circunferência a preto representativa do trajecto efectuado pelo output da caixa de transferências, um circulo perfeito. A elipse azul representa o percurso que a cruzeta terá de efectuar, na existência de algum ângulo operacional, para acompanhar a caixa de transferências.
    Desde que o output da caixa de transferências esteja a percorrer um circulo perfeito a uma velocidade constante, não deverá existir vibração nenhuma! Vejamos agora o trajecto que a cruzeta terá de percorrer entre os pontos A e B, terá de percorrer uma distancia maior do que o output da caixa de transferências, ou seja, a cruzeta terá de funcionar a uma velocidade superior à velocidade do output da caixa de transferências, afinal de contas ambas têm de chegar ao ponto B ao mesmo tempo – pois estão aparafusadas uma à outra!
    Agora vejamos o trajecto entre os pontos B e C. A cruzeta terá de percorrer uma distância inferior à do output da caixa de transferências (elipse azul). Assim sendo, a cruzeta terá rodar a uma velocidade inferior à velocidade do output da caixa de transferências. Do ponto C ao D a cruzeta volta a aumentar a velocidade, reduzindo a velocidade do ponto D a A. Daí que a cruzeta tem de aumentar de velocidade e diminuir a mesma, duas vezes por rotação completa, quando existe um determinado ângulo operacional diferente de zero.

    Dada a alteração de velocidades do veio de transmissão, as duas cruzetas (uma em cada ponta do veio de transmissão) têm de estar alinhadas (CRUZES VERMELHAS NO INICIO DESTA RESPOSTA. Cada uma das cruzetas terá de aumentar e reduzir de velocidade exactamente ao mesmo tempo. O não alinhamento provoca vibrações desnecessárias no veio de transmissão e restantes ligações.

    Ao ajustarmos os ângulos de operação (após aumento de suspensão) com cunhas, estamos também a alterar o percurso elíptico percorrido pelas cruzetas. Quanto maior o ângulo operacional, menor a semelhança da elipse com um circulo, aumentando a vibração de torção causado pelas cruzetas. Daí que o fabricante SPICER (fabricante com as melhores referências) recomenda um máximo de 3 graus para o ângulo operacional – um valor inacessível para grandes alterações de suspensão. (estamos a falar de veios com cardan simples) – ver imagem abaixo.



    É possível  usar ângulos operacionais superiores e 3 graus, contudo causará indesejadas vibrações, reduzindo a vida útil das cruzetas. Se a viatura tiver um uso offroad e a baixas velocidades, essas vibrações não são preocupantes. Nestes casos podemos utilizar ângulos operacionais máximos (rotação da cruzeta sem contacto do veio com a flange).

    Basicamente o limite extremo para o ângulo operacional será aquele em que as peças onde encaixa a cruzeta tocam uma na outra. Esse ângulo é impraticável e depende da forma dessas peças (YOKES) que seguram a cruzeta. Esse ângulo pode ser aumentado caso se use uma rebarbadora para limpar ferro onde antes se tocavam. Não recomendado! Esta técnica é mais usada nos cardan duplos pois dada a sua natureza, não permitem ângulo operacionais tão elevados como o candan simples.

    Contudo, devemos ter em consideração o ângulo operacional quando a suspensão está totalmente aberta (no ponto onde a ponte se distancia mais do chassi). Nesta situação, a cruzeta será obrigada a trabalhar muito além das definições entre solo plano, podendo mesmo ir além dos ângulos físicos permitidos, e aí BANG!!! Devemos ter em consideração o ângulo operacional quando a suspensão está aberta ao máximo.



    “Constant Velocity” – CV. Tem esse nome “CV” porque rodam
    a uma velocidade constante. São veios de transmissão diferentes dos visto anteriormente. A junção de velocidade constante mais comum é o duplo cardan. O cardan duplo utiliza duas cruzetas, essas duas cruzetas dividem a diferença dos ângulos (ângulo operacional) onde o veio de transmissão liga ao output da caixa de transferências. Esse cardan duplo possui um mecanismo de centragem que assegura o mesmo ângulo para cada uma das cruzetas, em qualquer situação.

    É importante notar que o ângulo operacional máximo de um cardan duplo é menor do que o ângulo operacional máximo do cardan simples. Se quisermos o veio de transmissão que opere o máximo ângulo operacional, sem reservas quando a vibrações causadas por elevadas velocidades, então a melhor escolha é o típico veio de transmissão com cardan simples. (uma cruzeta em cada extremidade).

    Para viaturas com excessivo ângulo do veio de transmissão, que têm de andar a velocidades de auto-estrada de forma confortável e segura, o veio de transmissão CV é recomendado. Dado ao incremento de peças neste tipo de veio de transmissão, o seu preço unitário é superior. Será necessário, também, ajustar o ângulo do pinhão do diferencial, para que, o ângulo operacional (entre o ângulo do pinhão e o ângulo do veio de transmissão) seja ZERO.



    Nesta imagem podemos ver uma alteração no ângulo do pinhão do diferencial (já não é paralela ao ângulo da caixa de transferência – como antes era necessário verificar no cardan simples). Neste tipo de veios de transmissão (cardan duplo) a condição ideal de operação será ter o pinhão do diferencial apontado para o output da caixa de transferências, obtendo-se assim um ângulo operacional (pinhão / veio) NULO ou ZERO ou SEM ângulo operacional.

    É claro que cada Canhão TT é um caso, devendo existir a preocupação de equacionar outros aspectos relevantes, por exemplo, a tendência da viatura criar torção na ponte dada a inexistência de uma barra anti-torção. Essa situação poderá criar alterações momentâneas no ângulo do pinhão, consequentemente no ângulo operacional (que deixará de ser zero). Pois ao haver torção na ponte, geralmente causado por aceleramentos, o pinhão do diferencial vai rodar para cima.

    CONTINUA…

    Como calcular ângulos operacionais……..

    #2
    Re: Veios de Transmissão - Funcionamento / Ângulos Operacionais Óptimos

    Geometria dos Veios de Transmissão

    A adequada geometria num veio de transmissão é crítico para se obter a melhor performance. Inadequada geometria irá causar vibrações, desgaste prematuro e quebra. Até o melhor veio de transmissão do mundo será uma *cocó* se não for bem instalado. Também é necessário conhecer a geometria adequada para se escolher o adequado veio de transmissão para a nossa viatura.

    Alguns termos a reter:

    Ângulo: um ângulo é uma medida de angularidade, em graus, entre quaisquer dois planos. Onde esses dois planos se intersectam, forma-se um ângulo. Por outras palavras, onde duas linhas se cruzam existe um ângulo. Enquadrando isto nos veios de transmissão, onde existe algo a rodar com determinado ângulo, chama-se a essa zona “ângulo operacional” ou “ângulo de operação”.

    Declive: Um declive é um ângulo especial, formado pela superfície horizontal da terra (plano 1) e outro objecto (plano 2). Como exemplo, o plano dois poderá ser o veio de transmissão.



    Enquadrado nos veios de transmissão, diz-se que o declive é para baixo (negativo) quando, visto da lateral da viatura, é mais alto na caixa de transferências e mais baixo no eixo (decresce do centro da viatura para a traseira da viatura – para o veio traseiro, ou, decresce do centro da viatura para a frente da viatura – para o veio dianteiro). O declive será para cima (positivo) quando, visto da lateral da viatura, é mais baixo na caixa de transferências e mais alto no eixo (cresce do centro da viatura para a traseira da viatura – para o veio traseiro, ou, cresce do centro da viatura para a frente da viatura – para o veio da frente).

    Como encontrar o declive nos veios de transmissão:

    Antes de começar, deve-se verificar a pressão dos pneus (deverá ser a mesma nos 4); se têm o peso normal (não deverá estar sobrecarregado) e se o chão está nivelado. Os veios de transmissão também devem de estar montados e aparafusados conforme manual da viatura.

    Passo 1: Encontrar o declive individual dos componentes.

    Como foi dito em cima, o declive é o ângulo formado pelo objecto (que representa um plano) e a linha horizontal da terra (outro plano). Para obtermos esse ângulo usamos um aparelho medidor de ângulos (inclinómetro).



    Caixa de transferência: basicamente existem 2 formas de obter o declive (conforme a natureza das ligações do veio à caixa). Mete-se o inclinómetro por baixo do output da caixa de transferência, ou no caso de existir uma falange, mede-se na vertical, com o inclinómetro encostado na falange e depois retira-se 90 graus ao valor obtido (neste ultimo caso é necessário retirar o veio fora).



    Veio de transmissão: basta colocar o inclinómetro encostado ao veio, numa posição de fácil leitura (geralmente por baixo).

    Pinhão do diferencial: igual ao output da caixa de transferências.



    Encontrar o ângulo operacional para cada dois pares de declives:


    Nota: no declive de 9º, é um declive para cima (positivo) e não para baixo como está na figura.

    Se ambos os declives estão no mesmo sentido (os dois para cima ou para baixo), devemos subtrair o menor número ao maior (AO = Maior – menor), obtendo-se assim o ângulo operacional.
    Se ambos os declives estão em sentido opostos (um para cima e outro para baixo – e vice-versa), devemos adicionar o menor numero ao maior (AO = Maior + menor), obtendo-se assim o ângulo operacional.

    Apenas no cálculo do ângulo operacional do pinhão do diferencial para um veio de cardan duplo, devemos atribuir o sinal + ao declive do pinhão se o ângulo operacional for para baixo e, atribuir sinal – se for para cima. Em seguida devemos sempre subtrair o declive do pinhão ao declive do veio, independentemente do valor individual de cada. Devemos também registar se o sinal do valor obtido (+ ou -), pois isso irá ajudar no caso de haver necessidade de ajustes.

    Interpretação dos resultados:

    Assumindo uma viatura 4x4 normal, sem veios intermediários, deveremos ter neste momento, escrito numa folha de papel, 3 declives e 2 ângulos operacionais. Convêm fazer um desenho para ajudar a leitura (conforme os desenhos abaixo).

    Veio de Transmissão comum (Cardan Simples):

    O primeiro ângulo operacional deverá ser inferior ao máximo ângulo operacional definido para o tipo de cruzeta utilizada (ver notas do fabricante). De preferência, também deverá ser inferior à metade desse mesmo ângulo operacional (referido pelo fabricante). Pois lembram-se que é necessário ter em consideração as oscilações do ângulo operacional em andamento fora de estrada – cruzamentos eixo e tal (aumento e diminuição desse ângulo operacional conforme o terreno onde estamos). Caso não se consiga obter bons valores quando comparado com as recomendações do fabricante para essa mesma cruzeta, temos as seguintes hipóteses: baixar suspensão (não me parece), baixar a caixa ou mudar para outro tipo de veio de transmissão (cardan simples com mais ângulo máximo ou cardan duplo).

    O segundo ângulo operacional deverá estar à distância de 0,5º do primeiro (em velocidade de cruzeiro). Isto é uma questão crítica, pois virtualmente, todo o eixo (com maior ou menor gravidade – conforme potencia e suspensão) tende a sofrer torção do pinhão do diferencial (pinhão sobe no eixo traseiro e desce no eixo dianteiro). Esta situação irá alterar toda a geometria. Na maior parte dos 4x4 esta rotação ronda os 1 a 2 graus, a contar da geometria em estado parado (viatura estacionada). Daí que seja compensada a geometria em estado parado para funcionar correctamente em andamento. Estas correcções podem ser efectuadas com cunhas ou reposicionamento dos apoios fixos do eixo para as molas.

    Exemplo: Assumindo o veio traseiro – ver imagem:



    Podemos verificar que o ângulo operacional da frente é de 12º. Assumindo que se trata de uma cruzeta tipo 1350 e o veículo não costuma andar em auto-estradas, nem tem uma suspensão muito flexível, considera-se um ângulo operacional satisfatório. O ângulo operacional do pinhão é 11º. Por ser o veio de transmissão traseiro, o pinhão traseiro irá rodar aproximadamente 2º (torção do pinhão em andamento). Visto que os nossos cálculos foram efectuados com a viatura parada, isto significa que em andamento, o declive do pinhão sofre a alteração de 6º para 8º. Isto actualiza o ângulo operacional do pinhão para 17º – 8º = 9º em andamento. Visto que precisamos de iguar a 12º em andamento, precisamos rodar o eixo para baixo em 3º. Isto irá alterar o declive do pinhão para 3º (estático) mais 2º (torção em andamento) = 5º (em andamento). Isto fará que o ângulo operacional do pinhão seja de 17º - 5º = 12º em andamento (o resultado perfeito).

    É claro que neste exemplo, ao alterar o declive do pinhão, estamos a alterar todos os outros valores (declive do veio e primeiro ângulo operacional). Daí que ao efectuarmos uma pequena alteração deste tipo, necessitamos de recalcular todos os outros valores. E dessa forma tentar encontrar um ponto de equilíbrio. É importante reter o seguinte: em andamento, os dois ângulos operacionais devem ser iguais (para o veio de transmissão simples).

    Veio de Transmissão CV – Constant Velocity (Cardan Duplo):

    O primeiro ângulo operacional (da cruzeta dupla) deverá ser inferior ao máximo ângulo operacional definido para o tipo de cruzeta dupla utilizada (ver notas do fabricante para o CV utilizado). Pois lembram-se que é necessário ter em consideração as oscilações do ângulo operacional em andamento fora de estrada – cruzamentos eixo e tal (aumento e diminuição desse ângulo operacional conforme o terreno onde estamos). Caso não se consiga obter bons valores quando comparado com as recomendações do fabricante para essa mesma cruzeta dupla, temos as seguintes hipóteses: baixar suspensão (não me parece), baixar a caixa ou mudar para outro tipo de cruzeta dupla com maior ângulo operacional máximo.

    O segundo ângulo operacional deverá estar à distância de 0,5º de ZERO GRAUS (em velocidade de cruzeiro). Isto é uma questão crítica, pois virtualmente, todo o eixo (com maior ou menor gravidade – conforme potencia e suspensão) tende a sofrer torção do pinhão do diferencial (pinhão sobe no eixo traseiro e desce no eixo dianteiro). Esta situação irá alterar toda a geometria. Na maior parte dos 4x4 esta rotação ronda os 1 a 2 graus, a contar da geometria em estado parado (viatura estacionada). Daí que seja compensada a geometria em estado parado para funcionar correctamente em andamento. Estas correcções podem ser efectuadas com cunhas ou reposicionamento dos apoios fixos do eixo para as molas. É importante reter que, em andamento, o ângulo operacional do pinhão deverá ser de zero graus.

    Exemplo: Assumindo veio transmissão CV traseiro – ver imagem:



    Podemos verificar que o ângulo operacional do cardan duplo é de 22º. Assumindo que estamos a usar a cruzeta dupla 1350 “high angle” (máximo recomendado pelo fabricante é de 30º) é um ângulo satisfatório. O ângulo operacional do pinhão é de -1º. Visto que é um veio de transmissão traseiro, o pinhão do diferencial tende a sofrer torção no valor de 1 a 2º (para cima) em andamento. Visto que os nossos cálculos foram feitos em estático (veiculo parado), em andamento o declive do pinhão irá ser alterado de 28º para 30º (baixo) (apesar da torção ser para cima, lembro que definimos declives para baixo ou para cima, conforme orientação da caixa de transferências e eixo – Relembrar definições em cima). Esta situação fará com que o ângulo operacional (em andamento) seja de 27º – 30º = -3º. Visto que precisamos obter um ângulo operacional do pinhão de 0º (em andamento), vamos ter te alterar os valores estáticos (com cunhas ou com reposicionamento dos apoios fixos do eixo para as molas) em 3 graus (declive). Ou seja, em estático vamos obter um declive do pinhão em 28º – 3º = 25º. Tendo em conta o efeito de torção em andamento (cerca de 2º de declive), vamos obter um declive do pinhão em andamento de 25º + 2º = 27º. Feitas as contas, vamos obter um ângulo operacional em andamento de 27º – 27º = 0º. É o ângulo operacional correcto para o pinhão do diferencial, quando estamos na presença de veios de cruzeta dupla.

    Note-se que: no caso da veio de cruzeta dupla, visto que calculamos sempre o ângulo da forma: declive do veio menos o declive do pinhão, o sinal do resultado permite-nos escrever uma equação. O resultado da equação dá-nos o valor da rotação necessária do pinhão em estático, para cima ou baixo.

    Equação: RN = DV – DP – TP, onde RN = Rotação Necessária (do pinhão em estática); DV = Declive do Veio; DP = Declive do Pinhão e TP = Torção do Pinhão Estimado. Se o resultado for negativo, devemos rodar o pinhão para baixo (em estática), se o resultado for positivo, devemos rodar o pinhão para cima, nesse mesmo valor.

    Avisos:

    Isto é apenas a minha tradução, efectuada sem qualquer verificação prática. Poderá haver má interpretação de frases, por isso recomendo a leitura do artigo em inglês.

    Entretanto se alguém detectar algo errado, por favor corrija.

    Obrigado!

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