SEM Aula 9 Engrenagens e Trens de Engrenagens Prof. Dr. Marcelo Becker
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1 SEM14 - Aula 9 Engrenagens e Trens de Engrenagens Prof. Dr. Marcelo Becker SEM - EESC - USP
2 Sumário da Aula Introdução Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.) Exemplos EESC-USP M. Becker 29 2/81
3 Introdução Trens de Engrenagens Tipos: Simples: 1 engrenagem / eixo Compostos: 2 ou + engrenagens / eixo Planetários: elemento de suporte c c Simples Composto Planetário EESC-USP M. Becker 29 3/81
4 Introdução Trens de Engrenagens Planetárias Anular Braço Solar Planeta EESC-USP M. Becker 29 4/81
5 Introdução Trens de Engrenagens Elemento Fixo: Braço Solar SH Planeta SAH Anular SAH Elemento Fixo: Anular Solar SH Planeta SAH Braço SH Elemento Fixo: Solar Braço SH Planeta SH Anular SH EESC-USP M. Becker 29 5/81
6 Introdução Trens de Engrenagens Planetárias Histórico u Leonardo da Vinci: 1.5 u FORD T: 198 a 1927 u Carruagem Chinesa: a.c. u Arquimedes: 212 a.c. u Hoje em dia EESC-USP M. Becker 29 6/81
7 Introdução Trens de Engrenagens Planetárias Carruagem Chinesa (2.634 a.c.) Imperador Huang Di (China) EESC-USP M. Becker 29 7/81
8 Introdução Trens de Engrenagens Carruagem Chinesa (2.634 a.c.) Diferencial Automotivo EESC-USP M. Becker 29 8/81
9 Introdução Trens de Engrenagens EESC-USP M. Becker 29 9/81
10 Introdução Trens de Engrenagens Planetárias 2 GDL Alta Complexidade Cinemática Difícil de Entender Permanentemente Engrenado Alta Confiabilidade Compacto Alta Redução / Multiplicação Adição ou Divisão de Torque Múltiplas RTs EESC-USP M. Becker 29 1/81
11 Introdução TEPs Engrenagens Cilíndricas ou Cônicas Suporte Z A >Z S Planeta Suporte Suporte Z A =Z S Planeta Planeta Suporte u TEP Básico Solar Anular Anular u TEP Simples u TEP Ligado b b' a c a' Tipo P(PP)P + Tipo P(P)N c' a c b b' a' c' EESC-USP M. Becker 29 11/81
12 Introdução TEPs Foco da Aula I II EESC-USP M. Becker 29 12/81
13 Sumário da Aula Introdução Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.) Exemplos EESC-USP M. Becker 29 13/81
14 Representações Convencionall Funcional Corte 3D Juntas e barras Representações de TEPs Esquemática Diagrama de Blocos Diagrama de Torque A I II TEP I TEP II 1 A2 E2 E3 P1 AB 12 c B1 B2 Convencional E1 E4 S1 a P 2 Entrada Grafo Nova P 2 S 2 Canônica P 1 P 2 P 3 c b d AB 12 S 1 A 21 B P 1 EESC-USP M. Becker 29 14/81
15 Representações P 2 C* P 1 BB 12 S 1 P 1 AS 12 P 2 P 2 S 1 BB 12 AS 12 C*=Carcaça C* C* P1 S1 BB 1 2 AS 12 Carcaça AS 1 2 P2 EESC-USP M. Becker 29 15/81
16 Sumário da Aula Introdução Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.) Exemplos EESC-USP M. Becker 29 16/81
17 Razão Básica b Z Z w w w w R A S B S B A S A B, Cinemática Fixo In Out Determinação da Rotação de Saída: Velocidade Relativa... B S B A B S B A w w w w w w / / EESC-USP M. Becker 29 17/81
18 Cinemática Determinação da Rotação de Saída: Produtórios... Razão Básica b Z Z motoras movidas Z Z S P. Z. Z P A Z Z S A EESC-USP M. Becker 29 18/81
19 Cinemática Razão Básica Equação Geral 1 TEP Razão Básica w A ( b 1) w bw B S EESC-USP M. Becker 29 19/81
20 Cinemática 1 TEP entrada TEP (a) (b) (c) saída fixo 1 Entrada 1 Saída 1 Elem. Fixo (d) (e) (f) EESC-USP M. Becker 29 2/81
21 Cinemática 1 TEP Equações (a) (b) (c) (d) (e) (f) Elemento B R A, S B S R S, A R A, B R S B, A R A S, B R A B, S b 1 1 b b 1 1 b b 1 b b b 1 Fixo (res.) Braço Braço Solar Solar Anular Anular Entrada Anular Solar Anular Braço Solar Braço Saída Solar Anular Braço Anular Braço Solar EESC-USP M. Becker 29 21/81
22 Cinemática 1 TEP [>21.833] (e) (c) (d) (f) (a) [1.95; 2.15] [.955; 1.47] [.475;.524] [-.47;.45] [-1.15;-.95] (b) [<-2.833] EESC-USP M. Becker 29 22/81
23 Cinemática 1 TEP entrada entrada TEP saída 2 Entradas 1 Saída EESC-USP M. Becker 29 23/81
24 Cinemática 1 TEP saída saída TEP entrada 1 Entrada 2 Saídas EESC-USP M. Becker 29 24/81
25 Torque 1 TEP Segundo Hsieh: O torque flui para os engrenamentos... TEP I A E1 S E2 C.(c) EESC-USP M. Becker 29 25/81
26 Torque 1 TEP r ( 1 r ) y, k k x, k z, k k x, k E1 E2 1 r1 3 2 ( 1 r1 ) 3 4 r2 6 5 ( 1 r2 ) 6 r 1 Z r Z 6 resistente 3 4 res 1 entrada in 2 5 saída out R P 2 Z P ZS EESC-USP M. Becker 29 26/81
27 ,25 1, in out res Torque 1 TEP EESC-USP M. Becker 29 27/81
28 Torque 1 TEP Resultados: aplicando o Método de Gauss 1 = in 2 = -,83. in 3 = -,17. in 4 =,17. in 5 = -,83. in 6 =,66. in res =,66. in out = 1,66. in EESC-USP M. Becker 29 28/81
29 Torque 2 TEPs GM Hydra-Matic 44 PGT E2 F3 F2 Carcaça ou ap oio E1 F1 Carcaça ou ap oio Sa ída pa ra o diferencial Entrada da rota çã o do m otor EESC-USP M. Becker 29 29/81
30 Torque 2 TEPs TEP I TEP II E2 F3 F2 Carcaça ou ap oio E1 F1 Carcaça ou ap oio E2 E3 Sa ída pa ra o diferencial Entrada da rota çã o do m otor E1 E4 EESC-USP M. Becker 29 3/81 Entrada
31 Torque 2 TEPs Resultados Torque Torque Torque 1 = 1,24. in 6 =,52. in 11 = -1,38. in 2 = -,88. in 7 = -1,76. in 12 = 1,. in 3 = -,36. in 8 = -,38. in res =,52. in 4 =,36. in 9 = -1,38. in out = 1,52. in 5 = -,88. in 1 =,38. in EESC-USP M. Becker 29 31/81
32 Sumário da Aula Introdução Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.) Exemplos EESC-USP M. Becker 29 32/81
33 Montagens Número de Eixos Freiados Número de Conexões GDL N 1 2 c 1 2 l Simpson GM Hydra Matic 44 PGT Ravigneaux Hydra Matic 3L 8 PGT 2 1 st 2,786 2,92 2,846 2,857 2 nd 1,529 1,567 1,532 1,517 Diret-Drive 1, 1, 1, 1, 3 Over Drive,73,75,711,73 Reverse -2,375-2,384-2,466-2,59 3 # of PGTs 2 2 2* EESC-USP M. Becker 29 33/81
34 Montagens 1 TEP 6 possíveis montagens (A a F) 6 possíveis posições (1 a 6). 36 Total 1 A 1 I B 1 4 B 1 I A 1 A I D I S 1 S 1 2 A 1 I S 1 5 S 1 I B 1 B I E I B 1 A 1 3 B 1 S I 1 A 1 S 1 A 1 6 I C I F I B 1 EESC-USP M. Becker 29 34/81
35 Montagens 2 TEPs Montagens são uma fç da posição do eixo de saída A B 24 possíveis montagens (A to D) 6 possíveis posições (PGT I) 6 possíveis posições (PGT II) 864 Montagens EESC-USP M. Becker 29 35/81
36 Montagens 2 TEPs C D Z min Z máx Planeta (Z p ) Solar (Z s ) Anular (Z a ) Z a = 2.Z p + Z s possíveis combinações entre trincas de dentes de um TEP EESC-USP M. Becker 29 36/81
37 Montagens 2 TEPs possíveis combinações TEP I possíveis combinações TEP II 864 possíveis montagens Total: Possíveis Montagens EESC-USP M. Becker 29 37/81
38 Sumário da Aula Introdução Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.) Exemplos EESC-USP M. Becker 29 38/81
39 Transmissões Veiculares Ontem Ford Modelo T ( ) Transmissão Automática Anel Sincronizador BMW Série 7 (21) Transmissão Automática Fiat Stilo (28) Transmissão Dual-logic Transmissões Manuais EESC-USP M. Becker 29 39/81
40 Transmissões Veiculares Hoje C E D A B C D E Motor Embreagem Pedal da Embreagem Caixa de Mudanças Alavanca de Mudanças B A Mercado Nacional EESC-USP M. Becker 29 4/81
41 Transmissões Automobilísticas Hoje Mercado Brasileiro: supremacia da Transmissão Manual Mercado Americano: supremacia da Transmissão Automática Mercado Europeu: supremacia da Trans. Automática e Servo-assistida Mercado Asiático: supremacia da Transmissão Automática EESC-USP M. Becker 29 41/81
42 Transmissões Automobilísticas Amanhã?... Transmissões CVT (Continuously Variable Transmission) Transmissões Automáticas Transmissões Servo - Assistidas EESC-USP M. Becker 29 42/81
43 Transmissão Manual Funcionamento Simplificado Caixa de Transmissão Manual de 5 marchas + Ré Alavanca Garfo Do Motor Para o Diferencial 5 a 4 a 3 a 2 a 1 a Ré EESC-USP M. Becker 29 43/81
44 Transmissão Manual Funcionamento Simplificado 1 a marcha 2 a marcha 3 a marcha 4 a marcha 5 a marcha marcha ré EESC-USP M. Becker 29 44/81
45 CVT Polia e Correia Honda Problema: TORQUE EESC-USP M. Becker 29 45/81
46 CVT Polia e Correia VL 3 CVT - Audi EESC-USP M. Becker 29 46/81
47 CVT Polia e Correia EESC-USP M. Becker 29 47/81
48 CVT Polia e Correia Rodas 1993 Williams FW15C CVT 1968 DAF F3 Motor EESC-USP M. Becker 29 48/81
49 CVTs Spoon Ball and Cone Toroidal EESC-USP M. Becker 29 49/81
50 CVT Ball and Cone Anel Esfera Dispositivo Proporcional Eixo Cone de entrada Cone de saída (a) (b) (c) Redução 1:1 Ampliação Eixo de rotação da esfera EESC-USP M. Becker 29 5/81
51 CVT Toroidal Problema: Pressão (GPa) EESC-USP M. Becker 29 51/81
52 CVT Toroidal - LEGO Controle Controle Motor Saída Motor Saída Redução Ampliação EESC-USP M. Becker 29 52/81
53 Transmissão Convencional EESC-USP M. Becker 29 53/81
54 CVT Toroidal Relação de Transmissão EESC-USP M. Becker 29 54/81
55 Transmissão Automática Baseadas em Planetários ANULAR PLANETAS SOLAR EESC-USP M. Becker 29 55/81
56 Outras Transmissões Cyclo Drive Sumitomo, Japão EESC-USP M. Becker 29 56/81
57 Tendência Atual Atualmente a tendência na Indústria Automobilística é, em função dos Torques (Gerhard Wagner - ZF): Motor Longitudinal Frontal Tração Traseira Motor Transmissão Longitudinal Frontal e Traseira Torque Transmissão Manual Transmissão Automática < 18 N.m 5 marchas CVT N.m 6 marchas CVT > 35 N.m 6 marchas 6 marchas EESC-USP M. Becker 29 57/81
58 Tendência Atual Motor Transversal Frontal Tração 4-Rodas Motor Torque Transmissão Transversal Frontal e Traseira Transmissão Manual Transmissão servoassistida Transmissão Automática < 18 N.m 5 marchas 5 marchas CVT N.m 5 marchas - CVT > 35 N.m e 6 marchas EESC-USP M. Becker 29 58/81
59 Transmissões Veiculares Transmissão Automática Transmissão Automática Diferencial EESC-USP M. Becker 29 59/81
60 Transmissões Veiculares Caixa GM HIDRA-MATIC THM 44 PGT E 2 F2 2 E2 FF3 3 Carcaça ou ap oio E 1 E1 FF1 1 Carcaça ou ap oio Sa ída pa ra o diferencial Entrada da rota çã o do m otor EESC-USP M. Becker 29 6/81
61 Transmissões Veiculares Caixa GM HIDRA-MATIC THM 44 PGT E 1 saída entrada S 1 A 1 I B 2 S 2 II F 1 F 2 B 1 A 2 E 2 F 3 entrada EESC-USP M. Becker 29 61/81
62 Transmissões Veiculares Caixa GM HIDRA-MATIC THM 44 PGT entrada E 1 S 1 A 1 I B 2 S 2 II F 1 saída F 2 B 1 A 2 E 2 entrada Z s Z p Z a TEP I TEP II F 3 M RT:1 E 1 E 2 F 1 F 2 F 3 1 a 2,92 X X 2 a 1,57 X X 3 a 1, X X 4 a,71 X X ré -2,38 X X EESC-USP M. Becker 29 62/81
63 Transmissões Veiculares Transmissão Automática BMW 7 Series Sedan EESC-USP M. Becker 29 63/81
64 RT Transmissões Veiculares Transmissão Automática ZF 6HP26 1 a Transmissão 6-marchas para automóveis em série fabricada no mundo 1 a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 a ré 4,17 2,34 1,52 1,14,86,69-3,4 EESC-USP M. Becker 29 64/81
65 Transmissões Veiculares Caixas ZF ZF 6HP26 Embreagens e Freios Conversor de Torque Planetário 1 Planetário 2 EESC-USP M. Becker 29 65/81
66 Transmissões Veiculares Caixas ZF EESC-USP M. Becker 29 66/81
67 Sumário da Aula Introdução Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.) Exemplos EESC-USP M. Becker 29 67/81
68 Software TEPiciclo SÍNTESE: Número de Dentes Razão Básica Transmissão EESC-USP M. Becker 29 68/81
69 Sumário da Aula Introdução Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.) Exemplos EESC-USP M. Becker 29 69/81
70 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo Número de Dentes Output Position EESC-USP M. Becker 29 7/81
71 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo Razão Básica EESC-USP M. Becker 29 71/81
72 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo Transmissão EESC-USP M. Becker 29 72/81
73 Exemplos 2 TEPs Software TEPiciclo Transmissão [-1.15;-.95] (e) (c) Relação de Transmissão de -1 : 1 (d) (f) (a) (b) EESC-USP M. Becker 29 73/81
74 Exemplos 2 TEPs Software TEPiciclo Transmissão Pentium III 65 MHz EESC-USP M. Becker 29 74/81
75 Exemplos 2 TEPs Software TEPiciclo Número de Dentes GM Hydra Matic 44 PGT EESC-USP M. Becker 29 75/81
76 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo Transmissão E2 F3 F2 Carcaça ou ap oio E1 F1 Carcaça ou ap oio Sa ída pa ra o diferencial Entrada da rota çã o do m otor GM Hydra Matic 44 PGT Gráficos 3D: b I x b II x RT Cinemática dos Mecanismos M. Becker 76 EESC-USP M. Becker 29 76/81
77 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo Número de Dentes Caixa Simpson EESC-USP M. Becker 29 77/81
78 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo Transmissão Exemplo do Projeto de uma Nova Transmissão Automática RTs: 3 :1 1,5 :1 1 :1,7 :1-2,5 :1 Tolerância: ± 3% Razão Básica [-.7; -.5] TEP II maior que TEP I EESC-USP M. Becker 29 78/81
79 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo Transmissão EESC-USP M. Becker 29 79/81
80 Sumário da Aula Bibliografia Recomendada EESC-USP M. Becker 29 8/81
81 Bibliografia Recomendada Shigley, JE. e Uicker, JJ., 1995, Theory of Machines and Mechanisms. MABIE, H.H., OCVIRK, F.W. Mecanismos e dinâmica das máquinas. MARTIN, G.H. Cinematics and dynamics of machines. NORTON, R. Machinery dynamics. Notas de Aula EESC-USP M. Becker 29 81/81
Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos
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