Caixa de direcao

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Caixa de Direcção

Mecânica Aplicada Engenharia Mecânica

Introdução3
1. Caixa de Direcção4
1.1. Enquadramento histórico4
1.2. Definição e função6
1.3. Tipos de caixas de direcção7
1.4. Tipo de funcionamento7
1.5. Análise da caixa de direcção8
1.5.1. Análise conceptual do equipamento8
1.5.2. Análise técnica10
1.5.2.1. Análise funcional10
a) Ligação mecânica10
b) Pressão limite15
c) Rotação limite do sector dentado16
d) Desgaste do sector dentado17
e) Funcionamento do circuito de óleo da caixa17
1.5.2.2. Análise / Cálculos19
a. Relação de transmissão do volante para a roda19

b. Formula para calcular a inércia do cilindro e do parafuso sem fim, através

do tempo de descida (método1)21
do tempo de descida (método2)2
d. Inércia do cilindro23
e. Inércia do parafuso sem fim24
f. Inércia do sector dentado24
g. Inércia total da caixa24

c. Formula para calcular a inércia do cilindro e do parafuso sem fim, através h. Força necessária para movimentar o volante.............................................25

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2. Curiosidades - Factores importantes26
Conclusões28
Referências Bibliográficas29
Web Bibliografia29
Anexos30
Anexo I – Enquadramento histórico da caixa de direcção30
Anexo I - Tipos de caixas de Direcção31
Anexo I - Análise conceptual do equipamento32

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Introdução

A temática do nosso trabalho é a caixa de direcção de um camião (neste caso modelo DAF 95 ATI), que se insere na disciplina de Mecânica Aplicada.

A escolha deste tema foi um pouco por acaso, pois como tínhamos a peça em questão, aproveitamos esse efeito para a analisarmos.

Assim, o objectivo essencial do nosso trabalho é dar a conhecer um pouco da historia da caixa de direcção, o seu funcionamento, os diferentes tipos de caixas de direcção e analisar relações de estática, cinemática e dinâmica entre os vários componentes da nossa caixa de direcção.

A metodologia utilizada foi baseada numa pesquisa exaustiva em sites, em livros e trabalhos já realizados em anos anteriores, cedidos pelo professor da disciplina.

Este trabalho está estruturado da seguinte forma: enquadramento histórico da caixa de direcção, definição e a sua função, tipos de caixas direcção, tipo de funcionamento, análise conceptual e funcional da caixa direcção e cálculos.

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1. Caixa de Direcção

1.1. Enquadramento histórico

Desde o início dos tempos, que o ser humano sempre foi um ser curioso e racional então através da sua racionalidade sempre procurou ferramentas e processos que melhorassem a sua qualidade de vida. A primeira noção de direcção surgiu quando nasceu o primeiro meio de transporte a bicicleta (ver anexo I - fig. 13). Esse transporte ainda existente, tendo como meio de funcionamento a força humana, nomeadamente através de pedais e dispunha de um guiador com uma pequena caixa de direcção que permitia virar a roda dianteira e mudar de direcção (ver anexo I - fig. 14). Á medida que os tempos foram evoluindo e com o aparecimento do motor de combustão interna surgiram meios de transportes com dimensões maiores, tendo por isso havido uma alteração no sistema e tamanho da caixa de direcção, em comparação com a modesta bicicleta. Então podemos dizer que embora a caixa de direcção tenha surgido com a invenção da bicicleta, assume-se para este trabalho que a caixa de direcção surgiu quando surgiu o primeiro automóvel, pois esta tinha dimensões e esquema de funcionamento mais aproximado da actualidade e foi a partir dessa que surgiram sucessivas evoluções até aos dias de hoje.

Os primeiros automóveis que surgiram foram fruto de sucessivas aproximações e adaptações tecnológicas que, gradualmente, se foram desenvolvendo em torno de um objectivo comum: viajar rápido, com comodidade e, sobretudo, com um mínimo de esforço para os ocupantes e um máximo de segurança. Em 1886, Gottlieb Daimler e Wilhelm Maybach, em Estugarda, expuseram a primeira motocicleta, construída e testada em 1885 e, em 1886, construíram a primeira adaptação da carruagem para o transporte automóvel. Em 1870, o germano-austríaco Siegfried Marcus construiu uma carroça motorizada que, contudo, não passaria da fase experimental.

O Benz Velo, introduzido dez anos depois do primeiro automóvel Benz patenteado a 1885 (ver anexo I - fig.15).

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Décadas mais tarde, Henry Ford passaria a fabricar automóveis em série, destacando-se o Ford T, fabricado de 1908 a 1927, cujas vendas ultrapassaram os 15 milhões de unidades.

Neste tempo falava-se e tinha-se um sistema de direcção rústico que sofreu aperfeiçoamento ao longo do tempo, melhorado gradualmente. Apareceu após muitas evoluções um sistema de direcção chamado direcção assistida que permite com menos voltas no volante e menos força se possa mudar de direcção e realizar manobras mais facilmente.

A direcção assistida foi inventada nos anos 20 por Francis W. Davis e

George Jessup em Waltham, Massachusetts. A Chrysler Corporation introduziu o primeiro sistema de direcção assistida disponível ao público em 1951 na Chrysler Imperial sob o nome de Hydraguide. A maioria dos novos automóveis tem direcção assistida, apesar de nos anos 70 e 80 isso ser a excepção à regra, pelo menos nos automóveis europeus. A moda da tracção às rodas da frente, o facto de os automóveis se tornarem mais pesados, aliado à crescente largura dos pneus, tornaram as manobras de um carro sem assistência, muito desgastantes em termos físicos, especialmente a velocidades baixas (e a estacionar, por exemplo).

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1.2. Definição e função

Uma caixa de direcção é um mecanismo que transforma o movimento rotativo do volante em movimento rectilíneo, que é aproveitado para fazer as rodas se mexer em torno de um eixo aproximadamente vertical. A caixa de direcção é uma caixa de engrenagens, que estão associadas a meios de transporte, ou máquinas nas quais se tenham de associar os dois tipos de movimentos. É mais frequente ver uma caixa de direcção em meio de transportes, automóveis, veículos pesados, motociclos,..., pois precisam deste componente para virar as rodas e mudar de direcção. Existem quatro formas de disposição dos órgãos motores e da transmissão num automóvel: o Motor à frente e transmissão às rodas de trás; o Agrupamento dos órgãos na parte da frente do veículo, cujas correspondentes rodas se tornam rodas de tracção e rodas direccionais; o Disposição inversa à anteriormente referida, em que todos os órgãos são transferidos para as rodas de trás do veículo; o Transmissão às rodas da frente e de trás, o conhecido (4 x 4).

A forma mais utilizada é a solução de motor á frente com rodas motrizes á frente, pois proporciona conforto, habitabilidade e como o motor se situa na frente da viatura toda a parte traseira poderá ficar disponível para alojamento de pessoas e de bagagens. A capacidade de se agarrar à estrada é também boa, pois uma viatura de tracção às rodas da frente é puxada,enquanto que uma viatura de tracção a trás é empurrada. Consegue-se então perceber a importância do sistema de direcção visto que tracção dianteira mantém bastante bem a trajectória rectilínea, e mostra-se pouco sensível aos ventos laterais, mas é preciso impor-lhe firmemente a obediência à trajectória em curva. Os automóveis com tracção às rodas da frente têm tendência a ter um comportamento subvirador, havendo uma extrema necessidade de um sistema de direcção o mais fiável/confortável possível.

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Os sistemas de controlo são de extrema importância em qualquer equipamento, pois são eles que permitem controlar esse mesmo mecanismo segundo a vontade do utilizador.

1.3. Tipos de caixas de direcção

Existem dois tipos de sistemas de direcção: • Tipo sector dentado e rosca sem-fim;

• Pinhão e cremalheira.

O sistema do tipo sector dentado e rosca sem-fim (anexo I - fig.16) é girado pelo volante e faz o sector movimentar-se, mas não em movimento rectilíneo. Esse tipo de caixa de direcção exige um braço auxiliar, denominado braço Pitman, associado ao sector, que é responsável por transmitir um movimento aproximadamente rectilíneo às barras de direcção e também aos braços de direcção junto às rodas.

O sistema Pinhão e cremalheira (ver anexo I - fig.17) tem funcionamento mais simples. O pinhão recebe movimento do volante e acciona uma engrenagem plana, que é cremalheira. Em cada extremidade desta encontram-se as barras de direcção que se ligam os braços de direcção. Por razões construtivas, as caixas tipo sector dentado e rosca sem-fim, permite maiores reduções, sendo por isso normalmente aplicada em veículos pesados. A caixa de cremalheira tem um funcionamento mais preciso, por isso persiste mais nos automóveis.

1.4. Tipo de funcionamento

O tipo de funcionamento de um sistema de direcção é accionamento através da força humana, nomeadamente, força manual, em que o condutor vira o volante e através desse movimento o sistema de direcção dá origem ao movimento das rodas.

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1.5. Análise da caixa de direcção

O objectivo do trabalho é analisar uma caixa de direcção de um veículo pesado de mercadorias modelo DAF 95 ATI. Este modelo tem uma caixa de direcção de modelo chamado TRW e é do tipo sector dentado parafuso semfim.

1.5.1. Análise conceptual do equipamento (ver anexo I- Figuras 18-

Na figura 1 estão presentes alguns componentes da caixa e direcção

(1)
(4)
(5)(6) (7) (8) (9) (15)
(12)(13) (14)
(10)(1)

TRW, que se pretende analisar. (2) (3)

Legenda: 1 – Tampa 9 - Rolamento agulhas verticais

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