Apostila power train Caterpillar

Apostila power train Caterpillar

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Treinamento de Serviços Sotreq – Sumaré 2

TREM DE FORÇA ----------------------------------------------------- 03

Embreagem ----------------------------------------------------------- 04 Transmissão Direta -------------------------------------------------- 07 Conversor de Torque ----------------------------------------------- 10 Embreagem Unidirecional ----------------------------------------- 13 Conversor de Torque de Capacidade Variável ------------------ 14 Sistema Planetário --------------------------------------------------- 15 Divisor de Torque --------------------------------------------------- 17

Servotransmissão ---------------------------------------------------- 18

Grupo de Controle da Servotransmissão ------------------------- 21 Servotransmissão de Contra-Eixos ------------------------------- 26 Grupo de Controle de Pressão (Eletrônico) --------------------- 27 Caixa de Engrenagens de Transferência ------------------------- 29 Pinhão e Coroa ------------------------------------------------------ 30

Embreagens Laterais ----------------------------------------------- 3

Comandos Finais --------------------------------------------------- 34

Esta apostila foi editada em dezembro de 2004 por Francisco Pinheiro, Treinamento de Serviços de Sumaré.

Treinamento de Serviços Sotreq – Sumaré 3

Quando falamos em trem de força, imaginamos prontamente todos os componentes que vão desde a produção de potência até o objetivo final que é a movimentação das rodas ou esteiras da máquina. A produção de potência é responsabilidade do motor, mas como aproveitar esta potência? Como transmiti-la ao resto da máquina? Então vamos considerar como trem de força os componentes a partir do motor, e como eles se comportam para transmitir potência, ou seja, embreagem, conversor de torque, sistema planetário, divisor de torque, transmissão direta, servotransmissão, engrenagens de transferência, diferencial, embreagens laterais, comandos finais, eixos integrados, etc.

Para complementar esta apostila com informações básicas preliminares, usaremos a literatura “Livro da Engrenagem” da Caterpillar.

Após o estudo básico de componentes, veremos o trem de força de algumas máquinas Caterpillar: • Trator de Esteiras D6R

Eis abaixo um exemplo típico de trem de força:

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Embreagem

Desde o desenvolvimento das fontes de potência, o homem tem dificuldades em conectar e aproveitar a força produzida para executar trabalho. Por exemplo: como aproveitar a potência do motor para acionar as rodas de um carro?

Na segunda figura mostrada acima, ao acionar o motor, o mesmo sentiria a carga de inércia das rodas e dificilmente daria partida. Também não haveria controle ao parar o veículo. Para resolver o problema, foi criada a embreagem. Este mecanismo está localizado entre o motor e a transmissão.

A embreagem está fixada mais precisamente ao volante do motor e possui um disco intermediário que está conectado por meio de estrias ao eixo de entrada da transmissão. Na linha veicular, o mecanismo de embreagem conecta o tempo todo o motor ao cambio por meio de molas. As molas têm força suficiente para manter o disco de embreagem e o volante do motor unidos a fim de transferir o torque máximo do motor.

Para desengatar o motor da transmissão é necessário comprimir as molas e desta forma liberar o disco de embreagem. Isto é conseguido acionando-se o pedal de embreagem.

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Em máquinas pesadas, é necessário um mecanismo de embreagem com maior força de adesão. Neste caso o disco de embreagem, ou discos, são comprimidos contra o volante do motor por meio de um mecanismo de travamento, e a atuação para engatar e desengatar é feita por uma alavanca manual.

A transferência de potência também está em função da área do disco. Em máquinas de maior porte seria inviável fabricar um disco de embreagem muito grande. A técnica usada é adicionar mais discos e colocar placas entre estes discos. Somam-se então as áreas de cada disco.

Os discos são conectados ao eixo de entrada da transmissão e as placas são conectadas ao volante do motor.

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Para manter a lubrificação e o arrefecimento, evitando os desgastes internos do mecanismo, o alojamento da embreagem, em máquinas pesadas, é abastecido com óleo apropriado.

As ilustrações abaixo mostram o conjunto de embreagem visto lateralmente, e a lubrificação necessária para uma vida longa dos componentes.

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Transmissão Direta

Chamamos de transmissão direta ao conjunto de engrenagens com tamanhos e arranjos diferentes que recebem torque de entrada vindo do motor e têm a possibilidade de aumentar este torque ou aumentar a velocidade do eixo de saída. Também podem reverter o movimento do eixo de saída. Existem aplicações de trabalho específicas onde a transmissão direta é essencial. São aplicações que a carga de trabalho é constante, seja frontal ou de reboque. Um exemplo típico são os tratores agrícolas usando grade para revolver o solo.

Olhando o simulador abaixo fica fácil entender como uma transmissão direta trabalha:

A engrenagem acionadora é menor que a engrenagem acionada, portanto haverá uma redução de velocidade, e conseqüentemente um aumento de torque. Ao receber o movimento do garfo de mudanças, a engrenagem desliza sobre o eixo de entrada da transmissão e passa a transmitir potência à engrenagem acionada. Esta engrenagem é parte integrante do eixo de saída e passa a acioná-lo.

Se a engrenagem acionadora for deslocada para a esquerda, engrenará com uma engrenagem maior do eixo intermediário. Este eixo possui várias engrenagens integradas ao eixo. Uma delas já está constantemente engrenada com o eixo de saída. Desta forma, além de acionar o eixo de saída, haverá a reversão do mesmo.

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Normalmente a construção das caixas de transmissão são no formato triangular, quanto aos eixos. Para entendermos melhor os desenhos de transmissão do catálogo de peças e do manual de serviço, devemos entender alguns recursos de desenho técnico.

Normalmente é feita a rotação de um dos eixos, ou seja, para melhor entendimento ele é tirado da frente dos outros eixos. Na prática o desenho fica assim:

A transmissão mostrada acima é chamada “transmissão de engrenagem deslizante”. Existe também a “transmissão de colar deslizante”. Vejamos o que muda.

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Neste tipo de transmissão as engrenagens ficam permanentemente engrenadas. Quando é feita a ação do garfo de mudanças, um colar deslizante estriado, se encaixa entre os dentes da engrenagem que está tracionando e a engrenagem que está estriada no eixo de saída.

Para uma melhor compreensão, vamos fazer a rotação do eixo:

Neste tipo de transmissão as peças que sofrem maior desgaste são os colares. As engrenagens e os eixos sofrem pouco desgaste, reduzindo bastante o custo da reforma.

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Conversor de Torque

Em certas aplicações de máquinas existe a necessidade de um amortecimento no trem de força, em outras aplicações é exigido aumento gradual de torque, muito além do que a transmissão direta pode oferecer. Nestes casos é usado o conversor de torque. O princípio básico do conversor usa a transmissão de potência do motor para a transmissão sem haver contato meânico dos conjuntos. Para entendermos este princípio, vejamos o exemplo abaixo:

Obviamente não se usa ar como meio de transmissão de potência. Vamos usar óleo, pois é praticamente incompressível, não havendo assim, perda de potência na transferência.

Nas figuras mostradas acima, vemos um acoplamento hidráulico, onde uma peça vai empurrar o óleo de alimentação do conjunto, contra outra peça que está acoplada ao eixo de saída. Existe um bom ajuste entre as peças de forma que a perda de acionamento é muito pequena. Para melhor entendermos o funcionamento, vamos simular um corte transversal no desenho:

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Quando o motor é acionado, a peça que está acoplada ao volante do motor (vamos chamá-la de impulsor) começa a deslocar o óleo contra a peça que está parada e acoplada ao eixo de saída (vamos chamá-la de turbina).

Imediatamente a turbina começa a mover-se, e rapidamente as duas peças têm a mesma rotação e força. Ou seja, é possível transmitir, no máximo, o mesmo torque do motor ao componente que está sendo acionado. O óleo dentro do conjunto age como uma “cola”, grudando impulsor e turbina. Este movimento do óleo é conhecido como fluxo rotativo. Caso o eixo de saída sofra uma carga maior que o torque do motor, haverá a tendência de um desequilíbrio entre a rotação de entrada e a rotação de saída. Isto causa uma espécie de redemoinho de óleo dentro do acoplamento hidráulico, que gera calor e desgaste. Este movimento do óleo é conhecido como fluxo turbilhão.

Fluxo rotativoFluxo turbilhão

Este tipo de dispositivo não traz ganho, no máximo se consegue a transferência do mesmo torque. O benefício que apresenta é poder acoplar um motor a outro conjunto sem contato mecânico, o que auxilia na eliminação de vibração, ruído e desgaste.

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