Síntese de trens de engrenagens epicíclicas para transmissões automáticas automotivas

Neste artigo, discutiremos a síntese de trens de engrenagens epicíclicas para transmissões automáticas automotivas, suas aplicações e custos. Após a leitura, você poderá querer pesquisar mais sobre a tecnologia. Aqui estão alguns links para leituras adicionais sobre o assunto, incluindo uma aplicação em transmissões de veículos híbridos. Vamos analisar os conceitos básicos dos trens de engrenagens epicíclicas. Eles são altamente eficientes e representam uma alternativa promissora aos sistemas de engrenagens convencionais.

Síntese de trens de engrenagens epicíclicas para transmissões automáticas automotivas

O principal objetivo das transmissões automáticas automotivas é manter o equilíbrio entre o motor e as rodas motrizes. A estrutura cinemática dos trens de engrenagens epicíclicas (EGTs) é derivada de representações gráficas desses trens de engrenagens. O processo de síntese baseia-se em um algoritmo que gera trens de engrenagens epicíclicas admissíveis com até dez elos. Esse algoritmo permite que os projetistas criem trens de engrenagens automotivas com desempenho superior e melhor equilíbrio entre o motor e as rodas motrizes.
Neste artigo, apresentamos uma técnica de otimização em MATLAB para determinar as relações de transmissão de mecanismos de transmissão epicíclicos. Também enumeramos o número de dentes de todas as engrenagens. Em seguida, estimamos as relações de velocidade globais dos trens de engrenagens epicíclicos obtidos. Por fim, analisamos a viabilidade dos trens de engrenagens epicíclicos propostos para transmissões automáticas automotivas, comparando suas características estruturais.
O diagrama funcional a seguir ilustra um trem de engrenagens epicíclicas de seis elos. Cada elo é representado por um gráfico bicolor duplo. Os números no gráfico representam os elos correspondentes. Cada elo possui múltiplas juntas. Isso permite ao usuário gerar diferentes configurações para cada trem de engrenagens epicíclicas. Os números nos diferentes gráficos têm significados distintos, e o mesmo se aplica à figura bicolor dupla.
No próximo capítulo deste artigo, discutiremos a síntese de trens de engrenagens epicíclicas para transeixos automáticos automotivos. A SAE International é uma organização internacional de engenheiros e especialistas técnicos com competências essenciais nas áreas aeroespacial e automotiva. Seu braço beneficente, a Fundação SAE, apoia diversos programas e iniciativas, incluindo a Série de Projetos Universitários e o programa A World in Motion®, além do prêmio A World in Motion® da Fundação SAE.

Aplicações

O sistema de engrenagens epicíclicas é um tipo de trem de engrenagens planetárias. Ele permite uma grande redução de velocidade em um espaço reduzido. Em automóveis, os trens de engrenagens epicíclicas são frequentemente usados ​​em transmissões automáticas. Esses trens de engrenagens também são úteis em guindastes e polias. Possuem diversas aplicações tanto na engenharia mecânica quanto na elétrica. Podem ser usados ​​para transmissões de alta velocidade e requerem menos espaço do que outros tipos de trens de engrenagens.
As vantagens de um trem de engrenagens epicíclicas incluem sua estrutura compacta, baixo peso e alta densidade de potência. No entanto, elas não estão isentas de desvantagens. As perdas nas engrenagens epicíclicas resultam do atrito entre as superfícies dos dentes das engrenagens, da agitação do óleo lubrificante e do atrito entre os mancais de apoio do eixo e as rodas dentadas. Essa perda de potência é chamada de potência latente, e pesquisas anteriores demonstraram que essa perda é considerável.
O trem de engrenagens epicíclicas é comumente usado em transmissões de alta velocidade, mas também possui dimensões reduzidas e é adequado para uma variedade de aplicações. É utilizado como diferencial em máquinas de fiação de alta velocidade, para acionar bobinas e no sistema de liberação positiva Roper em teares. Além disso, é fácil de fabricar, o que o torna uma excelente opção para diversos ambientes industriais.
Outro exemplo de trem de engrenagens epicíclicas é o trem de engrenagens planetárias. Ele consiste em duas engrenagens com um anel central e uma engrenagem solar no anel externo. Cada engrenagem é montada de forma que seu centro gire em torno do anel da outra engrenagem. As engrenagens planetárias e solares são projetadas de modo que seus círculos primitivos não deslizem e estejam sincronizados. A engrenagem planetária possui um ponto no círculo primitivo que traça a curva epicicloide.
Este sistema de engrenagens também oferece um MTTR (Tempo Médio para Reparo) menor do que outros tipos de engrenagens planetárias. A principal desvantagem desses conjuntos de engrenagens é o grande número de rolamentos necessários para o seu funcionamento. Além disso, as engrenagens planetárias exigem mais manutenção do que as engrenagens de eixos paralelos. Isso torna seu monitoramento e reparo mais difíceis. O MTTR também é menor em comparação com as engrenagens de eixos paralelos. Elas também podem apresentar pequenos desalinhamentos axiais, causando perda de eficiência.
Outro exemplo de trem de engrenagens epicíclicas é a caixa de engrenagens diferencial de um automóvel. Essas engrenagens são usadas em relógios de pulso, tornos e automóveis para transmitir potência. Além disso, são utilizadas em muitas outras aplicações, inclusive em aeronaves. São silenciosas e duráveis, o que as torna uma excelente escolha para diversas aplicações. São utilizadas em transmissões, máquinas têxteis e até mesmo na indústria aeroespacial. O passo primitivo é o caminho entre dois dentes em um conjunto de engrenagens. O passo axial de uma engrenagem pode ser aumentado aumentando-se o seu diâmetro de base.
Uma engrenagem epicíclica também é conhecida como engrenagem involuta. O número de dentes em cada engrenagem determina sua velocidade de rotação. Uma engrenagem solar de 24 dentes produz uma engrenagem planetária de N dentes com uma relação de 3/2. Uma engrenagem solar de 24 dentes equivale a uma engrenagem planetária com relação de -3/2. Consequentemente, o sistema de engrenagem epicíclica fornece alto torque para as rodas motrizes. No entanto, esse tipo de engrenagem não é amplamente utilizado em veículos.

Custo

O custo das engrenagens epicíclicas é menor quando elas são usinadas em vez de fabricadas em uma fresadora CNC convencional. Os suportes epicíclicos devem ser fabricados em um molde e usinados em uma máquina dedicada com múltiplas ferramentas de corte para usinar o material simultaneamente. Essa abordagem é amplamente utilizada em aplicações industriais e é particularmente útil no setor automotivo. Os benefícios de uma transmissão por engrenagens epicíclicas bem-feita são inúmeros.
Um exemplo disso é o arranjo planetário, onde os planetas orbitam o sol enquanto giram em seu eixo. A velocidade resultante de cada engrenagem depende do número de dentes e da velocidade do porta-satélites. Engrenagens epicíclicas podem ser complexas para calcular as velocidades relativas, pois é necessário determinar a velocidade relativa entre o sol e o planeta. O sol fixo não está a zero RPM no engrenamento, portanto, a velocidade relativa precisa ser calculada.
Para determinar a transmissão de potência por engrenamento, as engrenagens epicíclicas devem ser projetadas para permitir uma certa "flutuação". Se a carga tangencial for muito baixa, haverá menos compartilhamento de carga. Uma engrenagem epicíclica deve ser capaz de permitir essa "flutuação". Ela também deve suportar alguma carga tangencial e velocidades na linha de passo. Quanto maiores esses fatores, mais eficiente será o conjunto de engrenagens.
Um trem de engrenagens epicíclico consiste em duas ou mais engrenagens cilíndricas dispostas circunferencialmente. Essas engrenagens são organizadas de forma que a engrenagem planetária gire dentro do círculo primitivo da engrenagem externa fixa. Essa curva é chamada de hipocicloide. Um trem de engrenagens epicíclico com uma engrenagem planetária engatada em uma engrenagem solar é chamado de trem de engrenagens planetárias. A engrenagem solar é fixa, enquanto a engrenagem planetária é movida.
Um trem de engrenagens epicíclicas contém várias engrenagens engrenadas. Cada engrenagem possui um número diferente de engrenamentos, o que se traduz em RPM (rotações por minuto). O trem de engrenagens epicíclicas pode aumentar a frequência de aplicação da carga, convertendo o torque de entrada em engrenamentos. O trem de engrenagens epicíclicas consiste em 3 engrenagens: a solar, as planetárias e a anular. A engrenagem solar é a engrenagem central, enquanto as planetárias orbitam a solar. A engrenagem anular possui vários dentes, o que aumenta a velocidade de rotação.
Outro tipo de engrenagem epicíclica é a caixa de engrenagens planetária. Esta caixa de engrenagens possui múltiplas rodas dentadas que giram em torno de um eixo central. Seu design compacto a torna uma escolha popular para aplicações com restrição de espaço. Este tipo de caixa de engrenagens é utilizado em transmissões automáticas. Além disso, é utilizado em diversas aplicações industriais que envolvem motores elétricos com engrenagens. O tipo de caixa de engrenagens a ser utilizado dependerá da velocidade e do torque dos eixos de entrada e saída.

Editor por CX 2023-11-22