Papel e Funcionamento do Diferencial

Papel e Funcionamento do Diferencial

Papel e Funcionamento do Diferencial

Se você já leu nossas matérias a respeito de como funcionam os motores à combustão interna e o artigo que aborda o funcionamento do câmbio, agora chegou a vez de tratar do próximo item responsável por fazer a energia gerada pelo motor se traduzir em movimento. Neste artigo, abordaremos o último item por onde na maioria dos carros, o torque passa até ser finalmente dirigido às rodas e pneus e daí ao solo - o diferencial.O diferencial, ao contrário de outros itens mecânicos, tem basicamente três papéis diferentes e fundamentais no adequado movimento do carro. Não necessariamente em ordem de importância, primeiramente é através do diferencial que a mudança de direção do torque ocorre, fazendo com que o movimento de rotação do eixo cardan seja transferido aos semi-eixos traseiros (nos carros de tração traseira e motor dianteiro). Seu segundo papel e o fator responsável pelo seu nome é possibilitar que as rodas de tração girem em velocidades diferentes em uma curva, já que a roda externa percorre uma distância maior nesta situação. E por último, é no diferencial que ocorre a redução final da velocidade transmitida pelo câmbio.Comecemos de trás para frente. A redução de velocidade de rotação do câmbio é necessária, tanto para imprimir às rodas uma velocidade compatível, como para aumentar o torque fornecido. Por exemplo, adotemos um motor que esteja a 2000 rpm. Em primeira marcha, com uma relação de 4.00:1, teremos uma velocidade de 500 rpm na saída da caixa de câmbio. Se o diferencial tiver uma redução maior do que a da primeira marcha (5.00:1), então teremos 100 rpm, que é a velocidade com que a roda vai girar.A relação de redução de um diferencial é dada, pela diferença no número de dentes da coroa e do pinhão. Assim se uma coroa tiver 48 dentes e o pinhão 12, para cada volta da coroa, o pinhão dá 4 voltas. Ainda, tendo em mente que torque e velocidade são inversamente proporcionais, uma redução de 4 vezes na velocidade, produz por outro lado um aumento de 4 vezes no torque, o que explica porque utilizamos marchas mais baixas quando queremos mais "força" do motor.O segundo papel do diferencial é o que responde pelo seu nome e tem como função melhorar a dirigibilidade do veículo em curvas e até mesmo impedir a quebra do eixo de tração, que certamente ocorreria se este fosse inteiriço e rígido. O sistema que responde por fazer as rodas assumirem velocidades diferentes, é composto por dois pares de engrenagens chamadas de planetárias e satélites. Cada planetária se liga a cada semi-eixo de tração e têm ligação mecânica entre si, por meio do par de satélites. As engrenagens satélites por sua vez, estão fixadas à coroa e são articuladas em seu eixo. Quando o carro está em linha reta, o giro da coroa é transmitido às planetárias de forma idêntica, porém quando entra em uma curva, a "resistência" da roda interna em girar é transmitida às satélites, que começam a girar em torno de seu próprio eixo, fazendo com que a planetária da roda externa à curva ganhe mais velocidade.

E como se não bastasse o papel de redução da velocidade do motor e câmbio e transferência diferenciada de torque para as rodas de tração, o diferencial ainda é responsável por mudar o orientação de rotação que vem do motor e câmbio. Imagine que em carros com tração traseira e motor dianteiro, o eixo de rotação do cardan é longitudinal (no sentido do comprimento do veículo). Neste caso o diferencial também é responsável por fazer com que a rotação mude de direção em 90º para o eixo das rodas, através de um sistema de pinhão e coroa. Antigamente os dentes da corao e do pinhão eram retos, o que submetia as engrenagens a muito esforço, já que toda a força era aplicada em apenas um dente de cada vez. Atualmente, os dentes são helicoidais, reduzindo o esforço, pois sempre há mais de um dente em contato simultâneo.Entretanto, muitos já puderam comprovar na prática que o diferencial convencional apresenta um certo inconveniente em determindas situações. Imagine que você tenha apenas uma das rodas de tração do seu carro atolada em uma lamaçal. Esta roda girará em falso e a outra estará parada e por causa do funcionamento do diferencial, não terá torque para mover o carro, mesmo que esta tenha aderência. Por esta e por outras razões surgiram outros tipos de diferencial.A aplicabilidade e variações de diferenciais, estão sendo cada vez maiores, sobretudo nos veículos 4x4 e AWD (All Wheel Drive). Nestes carros particularmente, costuma-se encontrar três conjuntos de diferenciais, sendo um para cada eixo e um central, que responde por fazer a distribuição de torque entre cada eixo. Além do chamado diferencial convencional ou aberto, que foi abordado aqui, ainda há diferenciais "especiais", como o de acoplamento viscoso, blocado, de deslizamento limitado e Torsen, cada um deles com características próprias e aplicações diferenciadas.O diferencial de acoplamento viscoso é basicamente constituído de um conjunto de discos intercalados na ponta de cada semi-eixo e envoltos em um fluído de elevada viscosidade. Na situação em que uma roda gire em falso, por exemplo, e a outra fique parada, o arrasto produzido pelo conjunto de discos da roda que gira em falso, faz com que os discos da roda imóvel adquiram movimento por arrasto do meio viscoso. Para entender o princípio de funcionamento deste mecanismo de diferencial, faça a seguinte experiência:

  • Sobre uma mesa com superfície bem lisa, gire um ovo em alta velocidade. No início do movimento, a gema dentro da casca tenderá a permanecer parada, mas por arrasto da clara - que no nosso exemplo é o meio viscoso - a gema também girará. Para comprovar isto, pare o giro do ovo bem rapidamente e o solte imediatamente. O ovo voltará a girar "sozinho", pois a gema que continua girando dentro do ovo, por arrasto viscoso faz a casca girar também.

No sistema de deslizamento limitado, o princípio utilizado é de se combinar ao mecanismo do diferencial um conjunto de molas e uma espécie de "embreagem" entre as planetárias e os semi-eixos de modo que quando uma roda girar em falso, parte do torque seja transferido à outra roda. A dureza das molas e da "embreagem" e que determina o quanto de torque é transferido à roda com atrito com o solo. No diferencial blocado, o acionamento normalmente é manual e faz com que igual torque seja transferido à ambas rodas e seu emprego normalmente é feito em veículos off road.O diferencial Torsen (Torque Sensing) em situações normais funciona como um diferencial convencional, porém quando uma das rodas começa a perder aderência, a perda de torque faz com que o mecanismo das planetárias, que tem uma geometria e desenhos bem diferentes, atuam como se fossem "coladas" por atrito. A geometria do sistema irá determinar a taxa de transferência de torque para a roda com aderência, de forma que um Torsen desenhado para uma taxa de 5:1, é capaz de aplicar 5 vezes mais torque à roda com aderência em relação a menos aderente.

Há diferenciais ainda mais especiais e com aplicações mais específicas, que normalmente são empregados em veículos All Wheel Drive, como o Subaru Impreza WRX, Mitsubihi Lancer Evolution ou Audi RS4. Nestes veículos pode se encontrar sistemas com gerenciamento eletrônico da transferência de torque combinados com o controle eletrônico de tração de forma que as rodas recebam toda a força do motor de modo a produzir grandes acelerações, mas este já é um assunto para outro artigo...

Comentários