DIMENSIONAMENTO DE UMA TRANSMISSO CVT PARA VECULO BAJA
SumrioIntroduo CVT3Relao de Transmisso (MELCONIAN, pp. 20-21)31
- Transmisso por correia:31.1 Transmisso Redutora Mxima de
Velocidade31.2 Transmisso Redutora Mnima de Velocidade31.3 Relao de
transmisso dada pela razo entre:3Transmisses (MELCONIAN, pp.
28-42)41 Torque nas transmisses42 Potncia43 Fora tangencial44
Torque x potncia x velocidade angular4Rendimento de transmisses
(MELCONIAN, pp. 43-44)41 Rendimento das transmisses52 Perdas nas
transmisses52.1 Potncia til52.2 Torque til52.3 Fora Tangencial
til5Dimensionamento de Transmisses por correia em V (MELCONIAN, pp.
53-77)51 Potncia Projetada61.1 Fator de servio61.2 Perfil de
correia61.3 Dimetros das polias62 Comprimento das correias62.1
Ajuste de distncia entre centros (C)72.2 Comprimento de ajustes da
correia (lA)72.3 Distncia entre centros72.4 Capacidade de
transmisso por correia (Ppc)72.5 Nmeros de correias72.6 Velocidade
perifrica da correia72.7 Esforos na transmisso72.8 Como instalar
correias em V8transmisses por polias expansivas para automveis81
primeiras cvts91.1 Vantagens:91.2 Desvantagens:92 CVT da Nissan
(hypertronic CVTm6)92.1 Vantagens:92.2 Desvantagens:92.3
Correia:102.4 Embreagem:103 Corrente de pinos abaulada104 Relaes
virtuais de marcha em Cvts104.1 Escalonamento de acordo com o
motorista:104.2 Escalonamento de acordo com o motor:105 Modelagem e
Performance da CVT115 .1 Objetivos da modelagem:115.2 Sistema
analisado na modelagem:115.3 Consequncias da modelagem115.4
Modelagem da CVT:125.5 Componentes importantes de uma CVT125.6
Foras que atuam na CVT125.7 Comprimento da correia:135.8 Acionador
da Polia Motora:14caracterizao da resposta dinmica de uma cvt por
polias expansivas161 Condio de mxima eficincia162 Caractersticas
desejveis de uma transmisso173 Correia173.1 Correias em V173.2
Passo174 Polias variveis184.1 Relao correia polia18Referncias18
Introduo CVT
o motor na curva Transmisses continuamente variveis (CVT) so
transmisses capazes de converter a operao e a curva operacional do
motor em uma faixa de operao dentro do campo de trao, ponto ponto.
Com isso, as transmisses do tipo CVT oferecem performance, consumo
e emisso como vantagens, em relao outros tipos de transmisses, pois
conseguem manter ideal de consumo especfico. (Robert Bosch GmbH,
pp. 749-750)
Relao de Transmisso (MELCONIAN, pp. 20-21)
1 - Transmisso por correia:
1.1 Transmisso Redutora Mxima de Velocidade
Dimetro da polia motora inferior em relao polia
movida.Velocidade angular da polia motora superior em relao polia
movida.Frequncia da polia motora superior em relao polia
movida.Rotao da polia motora superior em relao polia movida.Torque
da polia motora inferior em relao polia movida.
1.2 Transmisso Redutora Mnima de Velocidade
Dimetro da polia motora superior em relao polia
movida.Velocidade angular da polia motora inferior em relao polia
movida.Frequncia da polia motora inferior em relao polia
movida.Rotao da polia motora inferior em relao polia movida.Torque
da polia motora inferior em relao polia movida.
1.3 Relao de transmisso dada pela razo entre:
Transmisses (MELCONIAN, pp. 28-42)
1 Torque nas transmisses
O torque para as transmisses mecnica definido pelo produto entre
a fora tangencial e o raio da polia:
2 Potncia
A potncia define-se pelo produto entre a fora tangencial e a
velocidade perifrica:
3 Fora tangencial
4 Torque x potncia x velocidade angular
O torque diretamente proporcional potncia e inversamente
proporcional velocidade angular.
Rendimento de transmisses (MELCONIAN, pp. 43-44)
A perda de potncia nas transmisses por polias inevitvel devido
ao atrito entre as superfcies, agitao do leo lubrificante,
escorregamento entre correia e polia. Somente a potncia no
dissipada em forma de calor gera trabalho.
1 Rendimento das transmisses
Em transmisso por correia, o rendimento em correias com formato
V varia entre 0,97 e 0,98.
2 Perdas nas transmisses
2.1 Potncia til
2.2 Torque til
2.3 Fora Tangencial til
Dimensionamento de Transmisses por correia em V (MELCONIAN, pp.
53-77)
Correias em V somente em rvores paralelas e o dimensionamento da
transmisso depende de:Tipo de Motor;Potncia do Motor;Rotao do
Motor;Tipo de Mquina;Rotao da Mquina;Distncia entre centros;Tempo
de trabalho dirio da Mquina.
1 Potncia Projetada
A potncia projetada pode ser definida pelo produto entre a
potncia do motor e o fator de servio.
1.1 Fator de servio
O fator de servio um fator no normalizado e adimensional. Pode
ser obtido por meio da razo entre a potncia projetada e a potncia
do motor, ou mesmo por meio dos torques no motor e na transmisso e
a relao de transmisso:
1.2 Perfil de correia
O perfil de um correia Super HC pode variar de acordo com o
dimensionamento. De acordo com altura e da largura da correia, a
mesma pode ser classificada como 3V, 5V, ou 8V.
A seleo do perfil de uma correia em funo da rotao do eixo mais
rpido e da potncia projetada.
1.3 Dimetros das polias
O dimetro das polias definido em funo da rotao do motor e da
potncia do mesmo.
2 Comprimento das correias
2.1 Ajuste de distncia entre centros (C)
2.2 Comprimento de ajustes da correia (lA)
2.3 Distncia entre centros
2.4 Capacidade de transmisso por correia (Ppc)
2.5 Nmeros de correias
2.6 Velocidade perifrica da correia
2.7 Esforos na transmisso
2.7.1 Torque na polia motora
2.7.2 Torque na polia movida
2.7.3 Fora tangencial na polia motora (FT)
2.7.4 Fora tangencial na polia movida
2.8 Como instalar correias em V
1. Usar correias apropriadas;2. Limpar as polias, retirando leo,
graxa e ferrugem;3. Soltas as polias;4. No utilizar ferramentas;5.
Alinhar perfeitamente polias e eixos;6. Verificar rolamento e
lubrificao nas polias;7. Deixar espao para o funcionamento da
transmisso;8. Funcionar a transmisso em velocidade mxima;9.
Funcionar a transmisso por vrias horas.
transmisses por polias expansivas para automveis
1 primeiras cvts
No primeiro carro movido por CVT, o DAF 55, a relao de
transmisso era feito partir de uma vlvula eletro magntica que
funcionava de acordo com o vcuo no coletor de admisso.
1.1 Vantagens:
Aumento da velocidade, mantendo-se o torque mximo.Baixo consumo
de combustvel.Baixa emisso de poluentes.
1.2 Desvantagens:
Emisso de rudos desagradveis.Incapacidade de lidar com motores
de alta potncia.
2 CVT da Nissan (hypertronic CVTm6)
A Nissan a primeira e nica a possuir tecnologia para fabricar
CVTs compatveis com a potncia de um motor de 2,0 litros. umas das
tecnologias mais avanadas disponibilizadas atualmente pela indstria
automotiva.
2.1 Vantagens:
Maior eficincia e suavidade em comparao outros cmbios
automticos.No possui sensao de engrenamento.Possui opo de relao
manual de seis velocidades.
2.2 Desvantagens:
Resistncia popular CVT devido no utilizao da mesma em competies
de corrida.O motorista se sente passageiro, por no interagir
completamente com o carro, como aconteceria, em um cmbio
manual.
2.3 Correia:
Utiliza correia de transmisso de ao de elevada
resistncia.Correia mais larga.
2.4 Embreagem:
Conversor de torque.
2.1.1 Vantagens do conversor de torque:
Proporciona mais torque, baixas velocidades.
3 Corrente de pinos abaulada
Corrente de pinos abaulados proporcionam um alto grau de
rendimento na transmisso de potncias elevadas, em dimenses
reduzidas.Baixa emisso de rudos.
4 Relaes virtuais de marcha em Cvts
O recurso de relaes virtuais abre pelo menos duas possibilidades
diferentes em relao ao seu escalonamento:
4.1 Escalonamento de acordo com o motorista:
A relao virtual pode ser configurada de acordo com o gosto do
prprio motorista, ou da necessidade do mesmo. Podendo haver grande
diferena entre o tamanho da polia motora e movida entre uma relao
de cmbio e outra, ou mesmo uma pequena diferente.
4.2 Escalonamento de acordo com o motor:
A relao virtual pode ser configurada de acordo com o
temperamento do motor, que possui caractersticas variveis.
5 Modelagem e Performance da CVT
5 .1 Objetivos da modelagem:
Determinar a geometria de funcionamento;Determinar
posicionamento da correia na CVT;Saber o comportamento da CVT;Saber
se a CVT est desempenhando seu papel da maneira tima; Se a correia
est realmente em determinada posio de funcionamento;Conhecer seu
tempo de resposta quanto estabilizao numa posio solicitada;Saber se
a CVT est transmitindo potncia na relao desejada ou ideal para cada
situao;Conhecer as foras que esto envolvidas neste sistema;Saber se
o prprio sistema CVT est sendo usado de forma tima;Conhecer a
influncia de cada componente.
5.2 Sistema analisado na modelagem:
Motor combusto interna;CVT de polias e
correia;Reduo;Rodas;Aclive;Veculo propriamente dito.
5.3 Consequncias da modelagem:
Estimar o desempenho do veculo;Determinar velocidade, acelerao e
deslocamento do veculo;Otimizar a utilizao de combustvel no
veculo;
5.3.1 Utilizao de combustvel
A otimizao do consumo de combustvel feita atravs da curva do
motor. Para se minimizar o consumo necessrio traar uma estratgia de
controle que determina o comportamento de variao da CVT e a relao
de reduo.
5.4 Modelagem da CVT:
5.4.1 Consideraes e Hipteses:
Na CVT foi considerado que no h estiramento da correia;Todos os
eixos so supostos como rgidos;Reduo com relao fixa;No h
deslizamento nem travamento nos pneus;
5.4.2 Relao de transmisso:
A CVT, a partir do momento em que a polia motora est totalmente
fechada com o maior dimetro possvel mantm o valor de relao de
transmisso constante. Deste momento em diante, a rotao na sada do
sistema varia somente em funo do motor.A modelagem de cada
componente da transmisso obtida atravs do torque e da rotao, que
somados aos dados referentes ao tipo do acionador, e a geometria da
polia motora, indicam a posio da correia na polia. Tem-se ento a
obteno de diferentes dimetros, cada posio da correia.
5.4.2.1 Relao Total
5.5 Componentes importantes de uma CVT
Massa dos roletes;Coeficiente elstico da mola no brao do
rolete;Coeficiente elstico da mola da polia movida;
5.6 Foras que atuam na CVT
N Fora de reao normal da fora de acionamento;Fc Fora de inrcia
da correia de deslocamento no sentido radial;Fat Fora de atrito
contrria ao deslizamento da correia no sentido radial;Fatl Fora de
atrito contrria ao deslizamento da correia no sentido
longitudinal.
5.7 Comprimento da correia:
A correia deve ser indeformvel;A correia deve ser inextensvel;A
correia deve ser uniforme;A correia deve ser contnua;No dever haver
perda de potncia.
5.7.1 Comprimento da correia de acordo com o ngulo de
abraamento:
5.7.2 ngulo de abraamento ():Figura 1 - Posies das Correias
O ngulo de abraamento da correia na polia o ngulo onde a correia
est efetivamente em contato com a polia.
Alfa o ngulo de inclinao da correia em relao distncia entre o
centro da polia.
5.7.2 Raio nominal:Figura 2 - Raio mdio, 1:1
Rm = Raio nominal;Rmmotora = Raio nominal da polia
motora;Rmmovida = Raio nominal da polia movida.5.8 Acionador da
Polia Motora:Figura 3 Esboo do Acionamento por Fora devido Inrcia
das Massas.
FM = Fora da Mola;FC = Fora devido inercia da massa do
rolete;Fcomp = Fora de Compresso;P = Peso do rolete;Lr =
Comprimento do brao do rolete;rmotora = Raio da polia motora;r0 =
Raio origem da posio do rolete;r1 = Raio Deslocamento radial do
rolete; = ngulo de deslocamento do rolete; = ngulo de inclinao dos
discos da polia motora; = ngulo complementar ao de inclinao do camo
da polia motora;x1 = Deslocamento do disco da polia motora;nmotor =
Frequncia angular do Motor; = Coeficiente de atrito.
5.8.1 Fora devido inercia da massa do rolete:
5.8.2 Constante Elstica da mola torsoidal:
5.8.3 Fora da Mola:
5.8.4 Fora Resultante:
5.8.5 Fora normal a superfcie de contato do rolete:
5.8.6 Fora de compresso devido a cada rolete:
5.8.7 Fora de compresso da correia pelo disco da polia
motora:
5.8.8 Deslocamento do disco da polia motora em funo do Raio
Deslocamento radial do rolete:
5.8.9 Raio da polia motora:
5.8.10 Torque transmissvel e torque do motor:
5.8.10.1 Fora tangencial de compreenso:
5.8.10.2 Torque Transmissvel:
5.8.10.2.1 Quando o torque transmissvel menor que o torque do
motor:
Se o torque transmissvel na polia motora for menor que o torque
do motor, a CVT funcionar como uma embreagem permitindo que a
correia patine na polia motora e transmita parte do torque do motor
fornecendo apenas o torque transmissvel para o restante do sistema.
Assim sendo, o torque transmitido (TF1) o torque transmissvel na
polia motora (TTrans1). Quando a correia patina, o torque perdido
(Tperdido) acelera o motor aumentando sua rotao.
5.8.10.2.2 Quando o torque transmissvel maior que o torque do
motor:
Se o torque transmissvel na polia motora for maior que o torque
do motor (TF1 > Tmotor), a CVT transmitir o torque integral
fornecido pelo motor ao restante do sistema. O torque transmitido o
torque do motor (TF1 = Tmotor).
5.9 Acionador da polia movida:Figura 4 Esboo do acionamento da
polia movida
5.9.1 Polia Movida
Por meio das equaes do comprimento da correia e dos ngulos de
abraamento pode-se calcular o raio da polia movida (r2) respectivo
ao raio da polia motora (r1) e assim ter-se as relaes de transmisso
da CVT.
5.9.1.1 Estudo do camo
Figura 5 - Camo
Tres = Torque resistivo que chega a CVT;Ft2camo = Fora
tangencial do camo;FNcamo = Fora normal a superfcie de ao do
camo;F2camo = Fora acionamento do disco da polia movida; = ngulo do
camo;x2 = Deslocamento do disco da polia movida;r2camo = Raio mdio
do dispositivo do camo.
5.9.1.2 Estudo da mola:
Figura 6 - Mola
caracterizao da resposta dinmica de uma cvt por polias
expansivas
1 Condio de mxima eficincia
A condio de mxima eficincia desejada do motor ocorre quando o
consumo de combustvel a mnima e atingida quando o torque mximo.H
casos onde o torque desejvel diferente do torque mximo, como o caso
de um carro em um aclive, onde o objetivo deixa de ser o consumo e
passa a ser a necessidade do carro de vencer o prprio aclive. Mas
nesse caso, as condies no so as ideais.
2 Caractersticas desejveis de uma transmisso
Poder ser produzida em massa;Possuir alta eficincia;Ser
confortvel;Peso e volume baixos;Pouca necessidade de
manuteno;Grande confiabilidade;Ter extensa vida til.
3 Correia
A correia deve possuir a melhor tenso possvel durante todo o
funcionamento da transmisso, ou seja, a tenso deve se manter
constante.Para a CVT, a variao deve manter a relao de dimetros
sempre constante, segundo a equao abaixo:
3.1 Correias em V
Os dimetros das polias devem ser escolhidos de acordo com o
dimetro da correia e com os dimetros maiores possveis, pois dessa
maneira a velocidade perifrica ser to maior, quanto maior for o
dimetro da polia.Na relao de transmisso, devem ser utilizados os
dimetros mdios (dimetros nominais). Considerando que a relao mxima
seja de 10:1, para um afastamento entre eixos que seja maior que o
maior dimetro da polia, ento o ngulo de contato entre a correia e a
polia menor deve ser maior que 120.
3.2 Passo
4 Polias variveis
As polias de dimetro variveis so dois cones de 20 que se
enfrentam, com uma equiparao a correia em V entre elas.
4.1 Relao correia polia
Referncias
BRUNETTI, F. (2012). Motores de Combusto Interna (3 ed., Vol.
I). So Paulo, SP, Brasil: Edgard Blcher.BRUNETTI, F. (2012).
Motores de Combusto Interna (3 ed., Vol. II). So Paulo, So Paulo,
Brasil: Edgard Blcher.MELCONIAN, S. (2008). Elementos de Mquinas (9
ed.). So Paulo, SP: rica Ltda.Robert Bosch GmbH. (2005). Manual de
Tecnologia Automotiva (25 ed.). (E. d. ZERBINE, G. W. PROKESCH, H.
MADJDEREY, & S. PFEFERMAN, Trads.) So Paulo, SP, Brasil: Edgard
Blvher.
