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Sistemas Mecânicos Automotivos, Notas de estudo de Cultura

Apostila - Apostila

Tipologia: Notas de estudo

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Baixe Sistemas Mecânicos Automotivos e outras Notas de estudo em PDF para Cultura, somente na Docsity! Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA Disciplina: Sistemas Mecânicos Automotivos Professor: Carlo Giuseppe Filippin, M. Eng. Sistemas Mecânicos Automotivos Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 2 ÍNDICE 1 HISTÓRICO DO AUTOMÓVEL .......................................................................................10 1.1 História dos Logotipos de Fabricantes de Automóveis............................................37 1.2 Cronologia ...............................................................................................................60 2 dinâmica de marcha.........................................................................................................63 2.1 Rendimento .............................................................................................................67 2.2 Componentes do Trem Motriz .................................................................................67 2.3 Disposição do Trem Motriz ......................................................................................67 2.4 Objetivo do Trem Motriz ..........................................................................................68 2.4.1 Resistências ao Movimento .................................................................................68 2.5 Força Trativa ...........................................................................................................73 2.5.1 Variação da Força Trativa Com a Velocidade......................................................73 2.5.2 Curvas de Performance .......................................................................................75 2.5.3 Curvas de Potência Constante ............................................................................75 2.5.4 Curvas de Potência e Torque ..............................................................................78 2.6 Determinação do Conjunto de Relações de Transmissão de uma Caixa de Engrenagens ......................................................................................................................79 2.7 Equação de Equilíbrio de Forças.............................................................................82 2.8 Configurações .........................................................................................................83 2.8.1 Características das principais configurações: ......................................................89 3 EMBREAGEM E ACOPLAMENTOS ...............................................................................95 3.1 Embreagem de Fricção ...........................................................................................95 3.2 Torque Transmissível ..............................................................................................96 3.3 Embreagem de Fricção Cônica ...............................................................................97 3.4 Outras Configurações de Embreagens por Atrito ....................................................98 3.5 Embreagens Eletromagnéticas..............................................................................102 3.6 Embreagem Hidráulica ..........................................................................................103 4 CAIXAS DE TRANSMISSÃO.........................................................................................108 4.1 Tipos......................................................................................................................108 4.1.1 Caixa de transmissão por engrenamento por deslocamento.............................109 4.1.2 Caixas de transmissão por engrenamento constante ........................................110 4.1.3 Caixas de transmissão por engrenamento constante sincronizada ...................113 4.1.4 Caixas de transmissão direta e indireta .............................................................117 4.1.5 Caixa de transmissão com eixos intermediários opostos ..................................118 4.1.6 Caixa de transmissão epicíclica.........................................................................120 4.1.7 Caixa de transmissão automática ......................................................................122 4.2 Transmissões Auxiliares........................................................................................131 4.3 Conversores de Torque.........................................................................................136 4.4 Transmissões Continuamente Variáveis ...............................................................139 5 EIXO MOTRIZ ...............................................................................................................142 5.1 Tipos......................................................................................................................142 5.2 Velocidade.............................................................................................................142 5.3 Configurações .......................................................................................................143 5.3.1 Eixo motriz com simples redução ......................................................................143 5.3.2 Eixo motriz com dupla redução..........................................................................144 5.3.3 Eixo motriz com redução nos cubos ..................................................................146 5.3.4 Eixo motriz de dupla redução com dupla velocidade .........................................147 5.4 Diferencial .............................................................................................................149 5.4.1 Diferencial aberto...............................................................................................151 Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 5 coeficiente de penetração aerodinâmica do veículo, que chega a ser de 42% a 80 km/h. .........................................................................................................................................71 Figura 83: Curva de resistência total de um ônibus apresentando-se a potência consumida em função da velocidade desenvolvida e das características de rampa a ser superada.72 Figura 84: Curva de performance. .........................................................................................74 Figura 85: Curva de performance. .........................................................................................76 Figura 86: Curva de potência constante, representando a situação ideal onde o veículo teria infinitas relações de transmissão, com o motor trabalhando sempre na melhor faixa de consumo ou de desempenho...........................................................................................78 Figura 87: Curva de potência e de torque do motor. .............................................................79 Figura 88: Curva de desempenho de um caminhão-trator com caixa de câmbio de 10 marchas e um eixo motriz de simples redução................................................................82 Figura 89: Tração dianteira com motor dianteiro. ..................................................................84 Figura 90: Tração traseira com motor traseiro transversal. ...................................................84 Figura 91: Tração traseira com motor traseiro longitudinal....................................................85 Figura 92: Tração traseira com motor traseiro transversal. ...................................................85 Figura 93: Tração traseira com motor traseiro transversal. ...................................................85 Figura 94: Tração traseira com correntes. .............................................................................86 Figura 95: Tração traseira com suspensão De Dion..............................................................86 Figura 96: Tração traseira com motor central. .......................................................................87 Figura 97: Tração dianteira com motor dianteiro transversal.................................................88 Figura 98: Tração dianteira com motor dianteiro longitudinal. ...............................................88 Figura 99: Tração integral com motor dianteiro longitudinal. .................................................89 Figura 100: Variante da configuração Standard com tração traseira, motor dianteiro longitudinal e caixa de câmbio traseira. ...........................................................................90 Figura 101: Configuração Standard com tração traseira, motor dianteiro longitudinal. .........91 Figura 102: Configuração com motor e tração traseiros. .......................................................92 Figura 103: Configuração com tração dianteira e motor dianteiro transversal.......................93 Figura 104: Clássica configuração com tração 4x4 parcial com motor dianteiro longitudinal.94 Figura 105: Esquema de acoplamento por embreagem........................................................95 Figura 106: Esquema de acoplamento por embreagem de fricção. ......................................95 Figura 107: Acionamento hidráulico de embreagem de fricção. Ao acionar o pedal o condutor comuta a válvula que permite o enchimento do cilindro hidráulico que por sua vez aciona a embreagem. Ao liberar o pedal da embreagem o condutor comuta a válvula para a posição de esvaziamento do cilindro que libera a embreagem. ......................................96 Figura 108: Esquema de isolamento de vibrações em embreagem de fricção......................97 Figura 109: Esquema de acoplamento por embreagem cônica de fricção. ...........................97 Figura 110: Esquema de acoplamento por embreagem multidisco de fricção.......................98 Figura 111: Embreagem multidisco – com dois discos - aplicada em motor Diesel de caminhão pesado. ...........................................................................................................99 Figura 112: Esquema de acoplamento por embreagem com mola tipo diafragma................99 Figura 113: Embreagem de diafragma de acionamento inverso (puxando). Permite o acionamento de sincronizador auxiliar na entrada da caixa de câmbio através do mesmo mecanismo. ...................................................................................................................100 Figura 114: Esquema de acoplamento por embreagem Borg & Beck. ................................101 Figura 115: Esquema de acoplamento por embreagem de discos em banho de óleo. .......101 Figura 116: Esquema de acoplamento por embreagem centrífuga. ....................................102 Figura 117: Esquema de acoplamento por embreagem por corrente parasita. ...................102 Figura 118: Esquema de acoplamento por embreagem eletromagnética Ferlec.................103 Figura 119: Esquema de acoplamento por embreagem hidráulica......................................104 Figura 120: Esquema de um rotor de uma embreagem hidráulica. .....................................105 Figura 121: Esquema de acoplamento por embreagem hidráulica......................................106 Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 6 Figura 122: Disco e platô de embreagem de fricção. ..........................................................107 Figura 123: Volante do motor sobre o qual se acoplam o disco e platô de embreagem de fricção. ...........................................................................................................................107 Figura 124: Esquema de uma caixa de câmbio...................................................................108 Figura 125: Esquema de uma caixa de câmbio por deslocamento de engrenagens...........109 Figura 126: Caixa de câmbio por deslocamento de engrenagens.......................................110 Figura 127: Esquema de caixa de câmbio por engrenamento constante. ...........................111 Figura 128: Caixa de câmbio mista. ....................................................................................111 Figura 129: Caixa de câmbio continuamente engrenada, exceto a primeira marcha. .........112 Figura 130: Mecanismos de seleção de marcha. ................................................................112 Figura 131: A selector fork / Ball-type. .................................................................................113 Figura 132: Mecanismos de sincronização de carga constante, podendo ser aplicados externa ou internamente às engrenagens a sincronizar. ...............................................113 Figura 133: Mecanismo de sincronização tipo "baulk”; (Vauxhall Motors)...........................114 Figura 134: Mecanismo sincronizador com anéis sincronizadores postiços........................114 Figura 135: Mecanismo sincronizador com cone duplo postiço (Smiths Industries)............115 Figura 136: Mecanismo sincronizador com cone duplo postiço (ZF D-series).....................115 Figura 137: Mecanismo de sincronização Porsche. ............................................................115 Figura 138: Mecanismo de sincronização Scania: 1. Engrenagem; 2. Luva acionadora; 3. Luva de engate; 4. Engrenagem; Sistema de travamento - marcha engatada ..............116 Figura 139: Caixa de câmbio totalmente indireta de quatro marchas com a redução final do eixo motriz acoplada diretamente no eixo secundário da caixa.....................................118 Figura 140: Caixa de câmbio de veículo de passageiros com 5 velocidades, com marcha direta (ZF Synchroma S5-31). 1 – Eixo de entrada; 2 – Eixo secundário; 3 – Haste de acionamento; 4 – Eixo intermediário; 5 – Eixo de saída. ..............................................118 Figura 141: Caixa de câmbio com eixos intermediários opostos (Fuller).............................119 Figura 142: Caixa de câmbio com eixos intermediários opostos (Rockwell). ......................119 Figura 143: Esquema de funcionamento de uma transmissão epicicloidal. ........................122 Figura 144: Transmissão automática para caminhões, ônibus e veículos especiais com retarder integrado (ZF Ecomat 5 HP 500). 1 Conversor de torque hidrodinâmico com lock-up; 2 Retarder hidrodinâmico; 3 Conjunto planetário com 5 velocidades; 4 Bomba de óleo; 5 Controle da transmissão. ...................................................................................123 Figura 145: Caixa de câmbio automática Borg-Wamer 65. .................................................124 Figura 146: Caixa de câmbio convencional com acionamento automático. ........................125 Figura 147: Caixa de câmbio convencional com acionamento automático. ........................126 Figura 148: Motor e caixa de câmbio convencional de motocicleta.....................................126 Figura 149: Caixa de câmbio automática.............................................................................127 Figura 150: Diagrama de processo de estratégias de mudança de marcha no câmbio Tiptronic. ........................................................................................................................127 Figura 151: Diagrama de desempenho da caixa de câmbio automática de 5 velocidades ZF 5 HP 18.............................................................................................................................128 Figura 152: Sistema de controle da caixa de câmbio automática AP. .................................129 Figura 153: Sistema de controle eletrônico de transmissão. ...............................................129 Figura 154: Esquema da caixa de câmbio automática ZF 5 e ZF 6 HP 5000......................130 Figura 155: Caixa de câmbio SCANIA com 10 marchas (5 x 2) empregando grupo redutor. 1 - Árvore principal; 2 -Caixa de mudanças principal; 3 - Seção planetária; 4 - Árvore de saída. .............................................................................................................................131 Figura 156: Caixa de câmbio ZF - VOLVO, Mercedes-Benz - com 16 marchas (2x4x2) empregando splitter e grupo redutor e integral retarder (ZF-16 S 220 Ecosplit). ...........132 Figura 157: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor. ................................................................................................................132 Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 7 Figura 158: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor. ................................................................................................................133 Figura 159: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor. ................................................................................................................133 Figura 160: Caixa de câmbio VOLVO com 14 marchas (2 + (2 x 3 x 2) empregando splitter e grupo redutor. ................................................................................................................134 Figura 161: 1 Árvore secundária; 2 Engrenagem solar; 3 Porta-planetárias; 4 Rolamento de agulhas; 5 Engrenagem planetária; 6 Coroa; 7 Disco de acionamento; 8 Cubo de sincronização; 9 Dispositivo de sincronização; 10 Luva de engate; 11 Árvore de saída; 12 Engrenagem acionadora; 13 Rolamento de esferas; 14 Sensor de velocidade; 15 Acionamento do velocímetro; 16 Flange de acoplamento. ............................................135 Figura 162: Acionamento de grupos redutores planetários. ................................................136 Figura 163: Conversor de torque hidrodinâmico com lockup. 1- Lockup; 2 – Turbina; 3 - Bomba; 4 – Estator; 5 – Roda livre. ...............................................................................137 Figura 164: Conversor de torque Trilok (curva de desempenho típica para veículo de passageiros). .................................................................................................................137 Figura 165: Conversor de torque. ........................................................................................137 Figura 166: Conversor de torque Allison..............................................................................138 Figura 167: Transmissão continuamente variável do Ford CTX 811. ..................................139 Figura 168: Transmissão Variomatic com correia (CVT). ....................................................140 Figura 169: Transmissão Variomatic Van Doorne (CVT).....................................................140 Figura 170: Transmissão continuamente variável por polias cônicas e correia metálica.....141 Figura 171: Transmissão continuamente variável por rodas de atrito. ................................141 Figura 172: Redução simples por engrenamento cônico hipoidal. ......................................144 Figura 173: Dupla redução por engrenamento cilíndrico + engrenamento cônico...............145 Figura 174: Dupla redução por parafuso sem-fim + engrenamento epicicloidal (Kirkstall). .145 Figura 175: Dupla redução por engrenamento cônico + duplo engrenamento cilíndrico. ....145 Figura 176: Dupla redução por engrenamento cônico + engrenamento epicicloidal duplo..146 Figura 177: Dupla redução por engrenamento cônico + engrenamento cilíndrico...............146 Figura 178: Redução nos cubos por engrenamento cilíndrico.............................................146 Figura 179: Redução nos cubos por engrenamento epicicloidal. ........................................147 Figura 180: Redução nos cubos por engrenamento cônico.................................................147 Figura 181: Dupla redução com dupla velocidade...............................................................148 Figura 182: Eixo motriz de caminhão pesado com redução nos cubos por engrenamento epicicloidal. ....................................................................................................................148 Figura 183: Carcaças de eixos motrizes..............................................................................148 Figura 184: Esquema de eixo motriz com diferencial. .........................................................149 Figura 185: Sistema diferencial. ..........................................................................................151 Figura 186: Esquemas de diferencial aberto. ......................................................................151 Figura 187: Diferencial aberto por engrenamento cônico e por engrenamento epicicloidal.152 Figura 188: Diferencial aberto por engrenamento epicicloidal com distribuição desigual de torque e velocidade entre os semi-eixos........................................................................152 Figura 189: Diferencial aberto com engrenagens cônicas. ..................................................153 Figura 190: Bloqueio manual de diferencial por acionamento pneumático, bloqueando um semi-eixo na carcaça diferencial....................................................................................153 Figura 191: Bloqueio manual de diferencial por acionamento pneumático, bloqueando uma planetária na carcaça diferencial. ..................................................................................154 Figura 192: Bloqueio manual de diferencial por acionamento pneumático, bloqueando uma planetária na carcaça diferencial. ..................................................................................154 Figura 193: Diferencial autoblocante. ..................................................................................155 Figura 194: Diferencial autoblocante Dana Trac-Loc™. ......................................................156 Figura 195: Diferencial autoblocante Salisbury....................................................................157 Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 10 1 HISTÓRICO DO AUTOMÓVEL O automóvel é um dos aparelhos criados pelo homem que mais intensamente se integrou às nossas vidas. Estendendo-se o termo para englobar caminhões e ônibus, praticamente toda pessoa tem contato diário com o automóvel. Mesmo na condição de pedestre. Ao mesmo tempo, a indústria automotiva se esforça por apresentar ao consumidor e ao entusiasta do automóvel uma série de novidades. Novidades tecnológicas que melhoram o desempenho do veículo, que afetam a aparência, que possibilitam maior conforto ao dirigir e, até, que permitem a integração do carro com outras novidades da eletrônica, como sistemas de telefonia e de música. Logo, é interessante que se conheça um pouco da história dos veículos automotores, para entender as novidades que surgem na indústria automotiva. Pode-se apresentar um breve histórico do automóvel, buscando identificar as inovações tecnológicas introduzidas, descrevendo uma cronologia da evolução dos veículos ao longo do tempo, detendo-se mais detalhadamente no final do século XIX e início do século XX. O primeiro registro de um invento que foi precursor da tecnologia automotiva indica que aproximadamente em 4000 a.C. o homem inventou a roda. Considerando, inclusive, os veículos terrestres que se deslocam sobre esteiras, todos dependem de rodas para se locomover. Logo, foi o invento mais importante da tecnologia automotiva. Porém, apenas em 3500 a.C., na Suméria, encontrou-se registro de um trenó sobre rodas. Portanto, com base nos registros históricos, o homem demorou 500 anos para aplicar a roda como elemento de um veículo. Talvez ele a tenha criado como um totem ou objeto de rituais. O trenó que era usado até então dependia do esforço humano para operar. Informações do Egito de 1600 a.C. já mostram uma plataforma de tração animal. Esta configuração de veículo perdurou por quase 3000 anos. A próxima novidade registrada em termos de veículo foi na Inglaterra, em 1555, de uma carruagem de tração animal com suspensão. Ou seja, somente em 1555 agregou-se alguma inovação tecnológica ao veículo padrão da época. Restava, agora, tornar o veículo autopropulsado, ou seja, independente de tração animal ou humana. Na Holanda, em 1637, o conde de Nassau desenvolveu uma canhoneira à vela – nos moldes dos pequenos veículos que às vezes se vê nas praias. Tinha, ainda, uma aplicação bélica, para combater em um terreno propício. Dependia, porém, das correntes de vento, que poderiam variar de direção e intensidade afetando a marcha do veículo. Surge, então, o primeiro veículo autopropulsado com geração própria de energia a partir do combustível que o próprio veículo poderia carregar: o veículo a vapor de Cugnot, construído na França em 1771. Como se pode ver na figura, o veículo consistia em uma plataforma de três rodas à qual se instalou uma caldeira e um motor a vapor. Como a caldeira ficava à frente do eixo dianteiro a manobrabilidade do, então, automóvel, era precária. Por conta disso que Cugnot e seu veículo foram os protagonistas do primeiro acidente automobilístico da história, quando, ao descrever uma curva, Cugnot atingiu um muro. Como os sistemas desenvolvidos eram patenteados, e aproveitando das dificuldades do carro de Cugnot, James Watt, na Inglaterra em 1775, criou o veículo a vapor de alta pressão. Com a caldeira produzindo vapor com pressão mais elevada que aquela empregada por Cugnot, Watt conseguiu construir um veículo mais leve e mais manobrável. Com isso, melhorou a credibilidade sobre os automóveis, até que em 1800, também na Inglaterra, Trevithick empregou um veículo a vapor como o primeiro veículo de transporte de passageiros autopropulsado. Ou seja, o primeiro ônibus. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 11 Com a popularização do automóvel a vapor, e com as dificuldades operacionais deste – exigia um motorista e um foguista, para alimentar a caldeira, a busca por combustíveis alternativos levou Rivaz, na Suíça, em 1807, a construir o primeiro veículo com motor de combustão interna manual, queimando hidrogênio. Sim, hoje, em pleno século XXI estamos buscando, também, a aplicação do hidrogênio como combustível. É claro, em condições mais elaboradas que as da época. Brown, dezenove anos depois, em 1826 na Inglaterra, apresentou seu veículo com motor a combustão interna sem explosão, queimando álcool. Cabe, aqui, lembrar que estes motores não apresentavam uma vela para promover a explosão do combustível. Empregavam um filamento aquecido, uma resistência elétrica, para que, sob compressão, a mistura ar e combustível queimasse, porém, em explodir. Logo, eram motores lentos, que trabalhavam a rotações de poucos rpm. Buscando, então, maior agilidade nos motores, na França em 1862 Lenoir construiu o primeiro veículo com motor de combustão interna de dois tempos operando a gás de carvão – gasogênio. Percebe-se que o desenvolvimento de veículos se concentrou na Europa. Porém, os países do novo mundo absorviam estas novidades e nos EUA, em 1863, Roper, aplicando bem o capitalismo americano, produziu o primeiro veículo motorizado vendido em série – ainda que apenas 9 unidades e, é claro, era movido a vapor. O veículo a vapor apresentava- se bastante confiável e estava nos últimos estágios de desenvolvimento. Com o surgimento do petróleo veio, também, o primeiro veículo motorizado com motor de dois tempos à gasolina, na Áustria, desenvolvido por Marcus em 1865. Duas décadas depois, na Alemanha, em 1885, Gottlieb Daimler desenvolve o primeiro veículo com motor quatro tempos à gasolina. Na realidade era uma motocicleta. No mesmo ano, também na Alemanha, Carl Benz desenvolve o primeiro veículo com motor de dois tempos com ignição por centelha, à gasolina. A ignição por centelha era o último estágio de desenvolvimento para o conceito básico do motor moderno à combustão interna. Figura 1: Pictografia Sumeriana de um veículo com rodas, 3500 a.C. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 12 Figura 2: Veículo a vapor de Nicholas Cugnot, 1771. Figura 3: Carruagem a vapor de Richard Trevithick, 1800. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 15 Os automóveis eram semelhantes aos veículos com tração animal do ponto de vista do desenho do habitáculo. Não apresentavam capota. Foi Louis Renault, na França, em 1900, que criou o primeiro veículo com habitáculo fechado, ou seja, com capota. Na seqüência, Renault e seus irmãos criaram sua própria fábrica de veículos, que com os acontecimentos da segunda guerra mundial foi estatizada pelo governo francês. Nos EUA Ranson Olds estrutura a produção em massa do OLDSMOBILE, chegando a mais de 2 milhares de unidades produzidas. As melhorias continuavam a surgir, muitas delas facilitando a fabricação e permitindo a produção de carros em massa. As rodas dos veículos eram montadas em mancais de buchas, até que a SCANIA, na Suécia em 1901, apresentou um veículo com rolamentos de esferas nas rodas. Os componentes de um fabricante já começavam a serem aplicados em veículos de outro. Foi o caso de um veículo DAIMLER equipado com motor PEUGEOT com turbocompressor, na Alemanha em 1902. Com os automóveis ficando mais rápidos (o recorde de velocidade em 1898 era de 63 km/h e em 1902 já alcançava 123 km/h) e mais comuns, melhorias na dinâmica de marcha e no conforto foram necessárias. Surgiu, assim, o amortecedor, em 1902. Criado por Mors, na França, inicialmente funcionava por atrito. Em 1908 Mors desenvolveu o amortecedor hidráulico. Figura 7: Um dos veículos de Armand Peugeot, 1896. Os motores dos veículos dessa época eram, tipicamente, monocilíndricos. Alguns fabricantes apresentavam automóveis com motores de 2 ou até 4 cilindros. Quanto mais cilindros apresentar um motor, para uma mesma configuração de projeto, maior será sua potência. Porém, mais peças móveis são necessárias, maior precisão de fabricação e montagem é exigida e maior é o custo do veículo. Porém, como o automóvel era e ainda é um produto em contínua evolução, a CGV lança um veículo com motor de 8 cilindros em linha, na França em 1902. No mesmo ano, na Holanda, a SPYKER apresenta o primeiro veículo com motor de 6 cilindros e tração 4x4. Itens de conforto e segurança continuam a surgir. Na Inglaterra, em 1902, o volante ajustável é oferecido. Cabe lembrar que, mais de 100 anos depois, este item ainda é visto como opcional por alguns fabricantes. Talvez por questões de responsabilidade civil nos EUA, também em 1902, surgem em um Baker cintos de segurança. E muita gente ainda reluta em usá-los ainda hoje. Melhorias mecânicas também continuam ocorrendo. A Buick apresenta nos EUA em 1903 um motor OHV 2.6 de 2 cilindros. A sigla OHV significa Over Head Valve, ou seja, válvulas no cabeçote. Os motores apresentavam, tipicamente, válvulas no bloco. No Brasil, o último motor que não era OHV foi o que equipava o Maverick 6 cilindros. Os freios operavam com o sistema a tambor – e muitas vezes apenas nas rodas traseiras. O freio a disco surgiu na Inglaterra em um LANCHESTER em 1903. As carrocerias Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 16 dos veículos eram construídas em madeira, às vezes completamente (nos EUA na década de 40 do século passado portas de alguns utilitários ainda eram construídas em madeira). A primeira carroceria totalmente em aço foi a de um VAUXHALL inglês, em 1903. A Vauxhall viria a ser a subsidiária da GM na Europa. A carroceria em aço gerou um aspecto mais definitivo do veículo moderno – atualmente materiais que produzem fragmentos perfurantes em forma de lascas são proibidos por normativas de segurança. Continuando com mais uma etapa da história do automóvel no mundo, cabe se dedicar alguns parágrafos a uma empresa em especial. Em 1903 é criada a Ford Motor Company, por Henry Ford com mais 11 sócios. Henry Ford era filho de um fazendeiro, na região de Dearborn no Michigan, EUA. Nunca gostou do trabalho no campo. Foi sempre interessado em máquinas. Abandonou a vida no campo mudando-se para Detroit, a cidade fundada por Antoine Cadillac. Sempre estudando mecânica, Ford construiu seu primeiro motor à combustão interna em 1893. Era um pequeno motor que Ford fez funcionar sobre a pia da cozinha. Três anos mais tarde construiu seu primeiro automóvel, o Quadriciclo. Em 1899 Ford criou a Detroit Automobile Company, tendo fechado no ano seguinte porque os investidores não acreditavam na proposta de Ford em fabricar um automóvel barato. Como a população ainda via o automóvel como um brinquedo veloz, Ford precisa construir um carro de corrida e ganhar uma corrida importante para ter credibilidade. Construiu o Sweepstakes e venceu, em uma corrida na pista oval de terra, o então campeão americano. Surgiram investidores e foi criada a Henry Ford Company, em 1901. Houve atrito entre Ford e os investidores, já que, agora, Ford queria fabricar carros de competição. Ford, então, demitiu- se e a empresa foi rebatizada como Cadillac Automobile Company. Em 1902, Ford passou a criar sua terceira empresa automobilística, a Ford & Malcomson, Ltd. Com poucas vendas ele era incapaz de pagar seus fornecedores John e Horace Dodge. Incentivado por Thomas Edison (o fundador da General Electric – GE) que trouxe um grupo de investidores e ainda convenceu os “Dodge Brothers” a aceitar ações da empresa. Em 16 de junho de 1903, Henry Ford e seus sócios criam a Ford Motor Company, com US$ 28.000, algumas ferramentas e projetos. Ford estava com 39 anos de idade. Mais tarde, os “Dodge Brothers” passaram a formar a sua própria empresa. Figura 8: Henry Ford e o Quadriciclo, de 1896. Entre 1903 e 1908 a Ford vendeu 20.000 carros, dos Modelo A (com potência de 8 CV) ao Modelo S, em uma série de desenvolvimento do produto. Ford denominava seus veículos segundo a seqüência das letras do alfabeto, para cada projeto. Cabe lembrar que em 1928 Ford desenvolveu novo projeto denominado de Ford Modelo A, novamente, que ficou conhecido no Brasil como “Ford Bigode”. Eram sempre carros muito simples, sem luxo, voltados à população em geral. Foi em 1º de outubro de 1908 que o Modelo T estava pronto Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 17 para entrar em produção. Era um carro que poderia se chamar de “popular”, apesar do automóvel ser novidade e um bem tipicamente voltado para a população de maior renda. O Ford T invertia esta abordagem de mercado, ao vender 10.660 unidades no primeiro ano de produção, a US$ 825. No final da sua produção custaria US$ 259. Era movido por um motor 2.8, 4 cilindros, desenvolvendo 20 CV a 1800 rpm. Atingia 72 km/h consumindo 11,5 km/l de gasolina, que custava US$ 0,20. Figura 9: Ford Modelo A de 1903. Figura 10: Henry Ford e o Modelo T de 1908. O processo de fabricação de um automóvel, na época, ocorria com o veículo fixo e os operários trabalhando em torno dele. Neste ritmo, um Ford T levava doze horas e meia para ser produzido. Ford percebeu que esse sistema resultava em uma produção reduzida e determinava o preço de veículo, em função da mão-de-obra consumida. Adotando o método sugerido por Taylor, Ford implantou uma “linha de produção” para o Ford T. Na linha o veículo era movido lentamente em um trecho de 45 metros enquanto os operários adicionavam os componentes e executavam a montagem. Em 1914 o tempo consumido para produzir um Ford T era de 94 minutos. Figura 11: Linha de montagem da Ford. Foi a grande revolução na produção em escala, fazendo a empresa passar dos 82.388 carros vendidos em 1912 a US$ 600, para 308.162 carros vendidos em 1914, e para Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 20 oferecia o Ford T na cor preta. A cor preta, com maior capacidade de absorver calor, secava mais rápido que as demais cores. Na evolução dos veículos, a Packard apresenta o primeiro motor V12, em 1912, disponibilizando maior potência, já que, tipicamente, um motor com mais cilindros pode desenvolver mais potência que outro motor, de mesmo deslocamento volumétrico, com menor número de cilindros. Em 1916 surge o limpador de pára-brisa. Na Itália, em 1908 surge, em um Isotta Fraschini, o freio nas 4 rodas. Até então os veículos freavam apenas com o eixo traseiro. Na França um Hispano – Suiza é lançado com servo-freio, em 1919. Figura 13: O piloto Ralph DePalma e seu Packard V-12 in 1912. A Oldsmobile desenvolveu o 1° veículo com carroceria em material compósito (papel e epóxi). Na Itália, em 1922, a Lancia produz o 1° veículo com carroceria monobloco. A carroceria monobloco, como na grande maioria dos veículos atuais, integra o habitáculo com a estrutura do veículo, formando um único bloco estrutural. As caminhonetes, por exemplo, assim como os caminhões, dispõem de um chassi sobre o qual assenta-se a cabine (habitáculo), a carroceria e os componentes mecânicos. A General Motor Corporation, em 1929, lança um veículo com ar condicionado. O sistema era da marca Frigidaire, de propriedade da própria GMC, que, também, diversificava mercados. Figura 14: Lancia Lambda, com carroceria monobloco e suspensão dianteira independente. Buscando particularmente o público feminino, a Cadillac desenvolveu o motor de partida elétrico para o veículo em 1912. Até então a partida do motor do carro era realizada através da ação muscular do motorista por meio de uma manivela, processo difícil e até perigoso. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 21 Em 1926 a Cadillac apresenta o pára-brisa laminado. Desde algumas décadas o pára-brisa laminado é item de segurança obrigatório nos veículos. Fica visível que a Cadillac se posiciona, e ainda hoje mantém esta posição, como fabricante de veículos com maior nível de sofisticação e de recursos. Em 1928 oferece o Cadillac com caixa de câmbio sincronizada (exceto a primeira) e rádio, da marca Motorola. As caixas de câmbio eram de engrenamento constante, porém não dispunham de sistemas auxiliares de sincronismo para facilitar os engates das marchas, tornando a direção de um veículo uma atividade quase profissional. As contribuições para melhorias nos automóveis freqüentemente vinham de pilotos. Pedroso era um piloto espanhol de competições tipo rali. Como necessitava de mais potência, desenvolveu um sistema manual de controle e variação do comando de válvulas do motor de seu carro. Isto em 1926. O primeiro veículo com um sistema com essa função, no Brasil, foi produzido em 2001. Claro que com um sistema mais complexo e sofisticado, mas o objetivo era o mesmo. O início da década de 1930, após a crise na bolsa de valores americana, os veículos foram construídos com aperfeiçoamentos dos sistemas mecânicos disponíveis, particularmente com desenhos de carroceria mais ergonômicos e funcionais. Com a eclosão da Segunda Guerra Mundial em 1939 os esforços de projeto e construção de veículos foi redirecionado para aplicações bélicas e militares. No início dos anos 30 surgiram os câmbios automáticos. Primeiro em um Buick, em 1932 – era um câmbio semi-automático. Depois em um Oldsmobile, em 1939, com uma transmissão automática de 4 velocidades. Na década de 50 os câmbios automáticos se popularizaram, fortemente, nos EUA. Existiam versões com 2, 3 e 4 velocidades. As caixas de transmissão automáticas proporcionam a mudança de marcha de maneira automática, sem a necessidade de intervenção do operador. A seleção da marcha a ser empregada em cada instante é feita, basicamente, em função da velocidade do veículo, da rotação do motor e da posição do acelerador do motor. Os mecanismos empregados nas caixas automáticas são os engrenamentos planetários, isoladamente ou um conjunto deles, conforme o número de marchas que for necessário para a caixa de câmbio. Algumas caixas empregam transmissões em conjunto com outros tipos de engrenamentos. O acoplamento do motor com a caixa automática é feito através de um conversor de torque. Figura 15: Transmissão automática para caminhões. A figura anterior mostra uma transmissão automática para caminhões, ônibus e veículos especiais com retarder integrado (ZF Ecomat 5 HP 500). A indicação 1 refere-se ao conversor de torque hidrodinâmico com lock-up – sistema de fricção de acoplamento final da embreagem. O número 2 indica um retarder hidrodinâmico – sistema de freio auxiliar que, através da passagem forçada de óleo consome energia da tem motriz auxiliando no controle Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 22 de velocidade do veículo, particularmente em descidas (disponível apenas em caixas de câmbio automáticas de veículos pesados). O item 3 é o conjunto planetário com 5 velocidades. A lubrificação e o controle da caixa de câmbio é hidráulico, acionado pela bomba de óleo (indicação 4). As válvulas de controle do câmbio estão alojadas no Carter da caixa (item 5). Neste período o desenho das carrocerias evoluiu. Alguns construtores arriscavam desenhos ousados, com apelo aerodinâmico. Poucos efetuam análises técnicas para desenvolver um desenho efetivamente aerodinâmico. Em 1934 a Chrysler lança o “Airflow”. Era um veículo projetado para apresentar uma carroceria com desenho aerodinamicamente melhor. Os únicos veículos anteriores aos Chrysler Airflow onde esse efeito foi estudado foram o Peugeot 402 e o Silver Arrow 1933, este último, um carro produzido sob encomenda, em pequena escala. O Chrysler Airflow foi desenhado em função dos testes em túnel de vento e testes de campo em protótipos em estradas desertas. Quando foi apresentado ao público não foi bem aceito pelo mercado, pois, apesar de apresentar inovações que, atualmente, são encontradas em todos os automóveis, era diferente de tudo aquilo que se estava acostumado a ver em veículos. Seu chassi tinha um novo desenho e nele era rebitada a carroceria; o motor era colocado sobre o eixo dianteiro e a suspensão, com molas longas, era muito mais suave. O centro de gravidade, mais baixo, e o tratamento aerodinâmico davam ao veículo melhor estabilidade em relação aos carros de sua época. Sua carroceria com poucas arestas, faróis embutidos, pára-brisa curvado e inclinado para trás, saias recobrindo grande parte das rodas traseiras e o pneu sobressalente coberto, davam ao carro um coeficiente de resistência aerodinâmica pouco superior a 0,5, o que permitia uma maior economia de combustível e maior velocidade. Além do maior espaço interno que foi conseguido pela distribuição racional dos componentes mecânicos, o banco dianteiro acomodava três pessoas e o traseiro, tão cômodo como aquele, vinha colocado 50 cm para frente do eixo de trás, ao contrário dos carros da mesma época, em que esse banco vinha sobre o eixo, o que implicava desconforto e numa maior altura da carroceria. Figura 16: Pierce-Arrow Silver Arrow 1933 V 12 Das resistências ao movimento de um veículo o arrasto aerodinâmico é a mais representativa, em velocidades mais elevadas. Ao se passar de 40 km/h para 120 km/h o arrasto aerodinâmico é aumentado em 9 vezes, exigindo 27 vezes mais potência para mover o veículo. Por exemplo, um veículo com área frontal de 2 m² trafegando a 40 km/h, ao nível do mar, com coeficiente de penetração aerodinâmica de 0,4 encontra uma resistência de 6 kgf devido ao arraste aerodinâmico, exigindo 0,9 CV para vencê-lo. Já a 120 km/h essa resistência será de 54 kgf, exigindo 24 CV. A 200 km/h a potência exigida seria de 112 CV. Os veículos atuais apresentam, em média, um coeficiente de arrasto aerodinâmico de 0,3. Este coeficiente representa a forma como a carroceria é desenhada, sendo tão menor quanto mais aerodinâmica for a forma da carroceria. Portanto, um veículo, também com área Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 25 A evolução tecnológica dos veículos de passeio e de carga foi interrompida com a eclosão da Segunda Guerra Mundial em 1939. Os veículos civis permaneceram sem alterações significativas até o final do conflito. Os principais esforços produtivos foram canalizados para o projeto e construção de veículos para aplicações bélicas e militares. Naturalmente, após o conflito, as inovações desenvolvidas para os veículos militares foram aproveitadas no desenvolvimento dos veículos civis do final da década de 1940 e início década de 1950. Neste período da Segunda Guerra Mundial, as características de combate exigiram, particularmente, um veículo tático leve e ágil. Neste segmento cabe citar, especialmente, o Jeep americano e o Kübelwagen alemão. Neste capítulo da História do Automóvel será apresentada a história do Volkswagen e, no próximo capítulo, a história do Jeep. São histórias com rumos distintos, já que o Kübelwagen foi derivado de um veículo civil e o Jeep originou todo um segmento de aplicações civis de um veículo militar. O Sedan nasceu no período anterior à Segunda Guerra Mundial. Adolf Hitler sonhava com a motorização da população alemã e definiu as características de um carro popular: ser capaz de trafegar continuamente a 100 km/h, transportar quatro pessoas e suas malas e custar no máximo 1.000 marcos imperiais. A convite do governo alemão, o engenheiro Ferdinand Porsche deu continuidade ao projeto do carro barato com que também sonhava, construindo vários protótipos. Talvez Hitler quisesse dar ao povo alemão a mesma oportunidade que os americanos tiveram com um Ford “T” robusto e barato. O Volkswagen Sedan surgiu antes da própria fábrica e da própria marca. Na realidade o automóvel Volkswagen, um sedan duas portas, emprestou seu nome à fábrica e criou a marca. Inicialmente foi batizado como KDF (Kraft durch Freude, ou Força através da Alegria, um dos lemas do Partido Nacional-Socialista dos Trabalhadores Alemães). Figura 22: Protótipos do KDF wagen construídos onde se percebe as portas abrindo-se para trás. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 26 Já havia protótipos prontos para testes em 1935/36. Como não havia uma fábrica, ainda, a pedido de Hitler a Daimler-Benz fabricou uma série de 30 exemplares em 1937, possibilitando a conclusão dos testes, conduzidos pela SS, a tropa de elite do governo. Em 26 de maio de 1938 era aprovada a construção de uma fábrica, em Fallersleben. Segundo a história, na abertura do Salão de Berlim de 1938, Hitler e sua comitiva chegaram ao estande da Opel e um diretor disse-lhe, mostrando um novo modelo da empresa: "Aqui está o seu carro do povo (volkswagen, em alemão), Herr Hitler". Hitler, irritado, respondeu: "Só existe um carro do povo, o carro KdF". Logo, quem criou o nome Volkswagen foi a Opel. Figura 23: O Kommandeurwagen, veículo militar com base na plataforma do Sedan. Figura 24: O Kübelwagen, veículo militar. Figura 25: O Schwimmwagen, veículo militar anfíbio. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 27 Com o desencadear da Segunda Guerra o governo alemão solicitou que Ferdinand Porsche criasse um veículo militar robusto e leve, com base na plataforma do KdF. Foram apresentados os protótipos Typ 62 em 1938, os testes de campo foram imediatamente iniciados. As principais vantagens, além da leveza, é que com um motor refrigerado a ar poderia operar no rigoroso inverno europeu ou nos desertos das colônias africanas. A versão forma final, o Typ 82, surgiu em 1939. Com o decorrer dos anos de guerra, outras modificações ocorreram, como o aumento da cilindrada de 985 para 1.131 cm³. Resumindo-se a história do Volkswagen, apresenta-se uma cronologia de sua evolução: em 1932, Ferdinand Porsche, nascido no dia 3 de setembro de 1875 no Império Austro-Húngaro, esboça o desenho do veículo; em 1934 Porsche cria o NSU, protótipo do Volkswagen que rodou até 1955, quando foi adquirido pelo Auto-Museum da Volkswagen, na Alemanha; em 1935 Porsche recebe 200 000 marcos do governo alemão para, no prazo de dez meses, produzir três protótipos, que saíram com 16 meses de atraso, em 1936, da garagem da casa de Porsche, batizados de Volksauto-série VW-3, que seriam testados por 50.000 km; em 1937 Porsche, Daimler-Benz e Reuter & Co. produzem mais de 30 protótipos, batizados de VW-30, e realizam 2 400 000 de km de testes. O governo alemão, já sob o comando de Adolf Hitler, cria uma empresa estatal e viabiliza a fabricação do carro. O capital inicial, de 50.000.000 de marcos, veio da Kdf (iniciais em alemão de Força da Alegria), um dos departamentos da Frente Trabalhista Alemã, o sindicato oficial. Porsche viaja para os Estados unidos para visitar as linhas de montagem de Detroit e se encontrar com Henry Ford; em 1938, começa a ser construída em Fallersleben, na baixa Saxônica (região entre o rio Reno e o mar Báltico), a fábrica para a produção do carro e uma cidade para 90 000 habitantes, destinada aos futuros operários e suas famílias. Depois, a cidade recebeu o nome de Wolfsburg. Parte do dinheiro destinado às obras provinha de alemães que, mesmo sem saber a data da entrega, queriam um Kdf-Wagen; em 1939, com o início da II Guerra Mundial, os Kdf-Wagen não chegam a ser fabricados e a nova fábrica estréia produzindo veículos militares, com destaque para Kommandeurwagen, um carro para oficiais, com tração nas quatro rodas e um chassis mais elevado, e de que foram construídos 667 exemplares, o Kubelwagen, do qual foram produzidos 50.788 exemplares e para os Schwimmwagen (carro anfíbio), com produção de 14.283 veículos; em 1944 os aliados atacam e destroem a fábrica. 1946 - Começa a reconstrução da fábrica e a produção é limitada. 1947 - Ingleses, Soviéticos e Norte-americanos não se interessam pela fábrica. 1948 - Heinrich Nordhoff assume a presidência da fábrica e eleva a produção para 19.214 unidades/ano. 1949 - A produção cresce para 46.154 unidades e um acordo com a Chrysler permite a utilização da rede de revendas da marca norte-americana em todo o mundo. Foi o primeiro ano do Fusca nos Estados Unidos e apenas duas unidades foram vendidas. 1950 - O primeiro lote de Fuscas desembarca no Brasil, via porto de Santos. As 30 unidades que vieram foram rapidamente vendidas. 1951 - Morre Ferdinand Porsche. 1953 - Com peças da Alemanha, inclusive o motor de 1.200 centímetros cúbicos (cc), o carro começa a ser montado em um pequeno armazém alugado na Rua do Manifesto, no bairro do Ipiranga (zona sudeste de são Paulo). Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 30 Figura 26: Bantam 40 BRC Willys: apresentou o Quad, em 11 de novembro de 1940. A versão melhorada da Willys foi o Willys MA, com motor "Go Devil" de 60 HP e câmbio de 3 velocidades. Figura 27: Willys MA Ford: apresentou o Pigmy, em 23 de novembro de 1940. A Ford apresentou 3550 unidades da versão GP com motor Owen Fergusson Dearborn de 45 HP e câmbio de 3 velocidades. Figura 28: Ford Pigmy Em julho de 1941 foi estabelecida a configuração final do veículo, resultando basicamente no modelo Willys modificado, denominado de MA. Este modelo foi produzido como pré-série até ser melhorado para o modelo MB, que foi produzido em grande escala. Em função da demanda, a Ford produziu o mesmo veículo, partindo do chassi Willys. O veículo Ford era denominado GPW – General Purpose Willys –, ou seja, veículo modelo Willys produzido pela Ford. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 31 Figura 29: Willys MB Com o encerramento dos combates, e percebendo que os agricultores dos países onde houve conflito estavam utilizando os Jeeps abandonados após a guerra como tratores, a Willys continuou a produção do Jeep em uma versão civil. Esta versão era derivada da versão militar, removendo-se os equipamentos padrão militares (lanternas, suporte para fuzil, interruptor de partida sem chave, etc.) e inserindo preparação para receber implementos agrícolas (arado, polia, lâmina para subsolador, lâmina para terraplanagem, broca para perfuração, etc.). A primeira versão de 1944 foi denominada de CJ-1 (ou modelo CJ-1 – de Civilian Jeep Modelo 1). Era basicamente um MB desmilitarizado. Não se sabe quantos foram produzidos, porém nenhum sobreviveu até hoje. Modificações levaram a uma versão especificamente civil, denominada de AgriJeep ou CJ-2, que ficou restrita a uma pequena pré-série. Somente os CJ-2 números 09, 11, 12, 32, 37 e 39 sobreviveram. Apresentavam alavanca de câmbio na coluna (caixa de câmbio Spicer T90, mais robusta que a do CJ-1) e pneu sobressalente atrás do pára-lama dianteiro direito. Logo em seguida surgiu a versão CJ-2A, retratando o Jeep mais conhecido por todos. Foram produzidas 214760 unidades entre 1945 e 1949. Figura 30: CJ-2A Como evolução natural do modelo, surgiu a versão CJ-3A. Era basicamente o mesmo veículo (mesmo trem motriz) apenas com algumas modificações na carroceria – 81” de distância entre eixos e pára-brisas inteiriço. Foram produzidas 131843 unidades entre 1949 e 1953. O motor era o mesmo do CJ-2A, um Go-Devil L134, eixo dianteiro Dana 25 e traseiro Dana 44. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 32 Figura 31: CJ-3A Continuando a evolução, o motor com válvulas no bloco foi substituído pelo motor F134 Hurricane, com válvulas de admissão no cabeçote. Como este motor era mais alto, o capô teve de ser aumentado em altura, surgindo assim o modelo CJ-3B ou “Cara de Cavalo”. Foram produzidas mais de 30000 unidades entre 1953 e 1954. Foram produzidas mais de 190000 unidades em versões militares entre 1953 e 1967. Figura 32: CJ-3B A versão civil do CJ-3B apresentou vida curta em função do lançamento da versão CJ-4 (como pré-série) seguida da versão CJ-5. O modelo CJ-5 apresentava a mesma mecânica do CJ-3B, sendo modernizada ao longo dos anos. Esta foi a versão produzida no Brasil, que iniciou a produção em 1958 com motor 2.6 6 cilindros, BF 161, derivado do F 134. Figura 33: Jeep modelo CJ-5. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 35 Figura 37: Estrutura de um pneu. Carcaça, que é a parte resistente do pneu; deve resistir à pressão, peso e choques. Compõe-se de lonas de poliéster, nylon ou aço. A carcaça retém o ar sob pressão que suporta o peso total do veículo. Os pneus radiais possuem ainda as cintas que complementam sua resistência. Talões, que se constituem internamente de arames de aço de grande resistência, tendo por finalidade manter o pneu fixado ao aro da roda. Parede lateral, que são as laterais da carcaça. São revestidos por uma mistura de borracha com alto grau de flexibilidade e alta resistência à fadiga. Cintas (lonas), compreendendo o feixe de cintas (lonas estabilizadoras) que são dimensionadas para suportar cargas em movimento. Sua função é garantir a área de contato necessária entre o pneu e o solo. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 36 Banda de rodagem, que é a parte do pneu que fica em contato direto com o solo. Seus desenhos possuem partes cheias chamadas de biscoitos ou blocos e partes vazias conhecidas como sulcos, e devem oferecer aderência, tração, estabilidade e segurança ao veículo. Ombro, que é o apoio do pneu nas curvas e manobras. Nervura central, que proporciona um contato "circunferencial" do pneu com o solo. Os aspectos dinâmicos e estruturais podem ser percebidos nas figuras seguintes. Figura 38: Pneu diagonal sem carga e área de contato com o piso. Figura 39: Pneu diagonal com carga e área de contato com o piso. Figura 40: Comportamento em curva do pneu diagonal. Figura 41: Pneu radial sem carga e área de contato com o piso. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 37 Figura 42: Pneu radial com carga e área de contato com o piso Figura 43: Comportamento em curva do pneu radial. O projeto de automóvel estava consagrado na década de 1950. Havia uma configuração padrão e praticamente todos os grandes fabricantes a adotavam. Esta configuração padrão era a tração traseira com motor dianteiro longitudinal. Alguns fabricantes ofereciam configurações diferentes: motor traseiro com tração traseira como na linha Volkswagen; motor dianteiro com tração dianteira na linha DKW. O período era propício para o surgimento de sistemas diferentes e revolucionários. Foi em 1959 que a Morris lança o Mini, com tração dianteira e motor dianteiro transversal. Esta é, hoje, a configuração padrão para veículos compactos, pequenos, médios e alguns grandes. Apresenta uma série de vantagens que tornou esta configuração usual. 1.1 História dos Logotipos de Fabricantes de Automóveis Os emblemas dos fabricantes de automóveis são mais do que simples símbolos de identificação das marcas. A maioria deles traz embutidos diversos aspectos da história da marca. Os logotipos acompanham o surgimento das primeiras fábricas de automóveis. Como escuderias, agremiações esportivas e outras associações, os primeiros fabricantes de automóveis não dispensavam um símbolo de identificação do modelo, seguindo uma tradição surgida na Idade Média, como os brasões nobiliárquicos. • Alfa Romeo – O fabricante de automóveis italiano traz suas origens da França. O aristocrata Cavaliere Ugo Stella colaborou com o fabricante francês Darracq inserindo-o no mercado italiano. Quando a Darracq faliu, Stella levou-a para Milão em 1910 e renomeou-a A.L.F.A (Anonima Lombarda Fabbrica Automobili). O símbolo foi criado por Romano Cattaneo é composto pela bandeira com a cruz vermelha (brasão da cidade de Milão) e pela serpente devorando um homem (brasão da família real milanesa Visconti – “inimigos dos Vinconti que a serpente está sempre pronta a destruir”). Dois símbolos da dinastia de Savoia separavam as palavras ALFA e MILANO. Em 1916 Nicola Romeo adquiriu a empresa e passou a produzir munição e equipamentos bélicos para a 1ª Guerra Mundial. Após a guerra, voltou a produzir automóveis, agora denominados Alfa Romeo. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 40 permissão do governo alemão para produzir motores de avião, em 1913. O primeiro carro a ter o símbolo da marca alemã foi o modelo Dixi 3/15, de 1928. BMW é a abreviatura de "Fábrica de Motores da Bavária" (Bayerische Motoren Werk). Figura 47: Logotipo BMW. • Buick - A Buick Motor Company foi fundada em 1903 por David Dunbar Buick, um inventor escocês-americano que inventou o motor com válvulas no cabeçote. Aos 15 anos de idade, Buick saiu da escola para trabalhar por um fabricante de suportes de tubulações. Quando as empresas que fracassou, Buick e um sócio adquiriram-na. Mas dentro de alguns anos, Buick tinha diferenças com o seu sócio porque ele preferia trabalhar com motores de carro. Buick vendeu sua participação na empresa e com o dinheiro fundou o Buick Motor Company. Ele foi expulso da empresa, por seu parceiro William "Billy" Durant em 1906 e mais tarde vendeu suas ações por meros US$ 100.000. Na seqüência, Durant fundou a General Motors Comporation. Os primeiros logotipos da Buick eram variações cursivas palavra "Buick". Em 1930, um pesquisador de estilos da General Motors, Ralph Pew, encontrou um brasão do escocês da família "Buik" e decidiu usá-lo como decoração da grelha do radiador. Em 1960, o logotipo incorporava três desses escudos, para representar os três modelos Buick então construídos: LeSabre, Invicta, e Electra. Em 1975, o logotipo foi alterado para um falcão chamado "Happy", com o lançamento de sua linha Skyhawk. No entanto, no final dos anos 1980, como o carro foi descontinuado, o logotipo voltou para o os três escudos. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 41 Figura 48: Logotipo Buick. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 42 • Quando Henry Ford deixou a sua segunda empresa automobilística, Henry Ford Company, os seus financiadores tentaram liquidar os ativos da empresa. Um engenheiro chamado Henry M. Leland persuadiu-os a continuar com a empresa em seu lugar. Assim nasceu Cadillac. O primeiro logotipo da Cadillac foi baseado em um brasão de uma família da aristocracia menor: Antoine de La MOTHE, senhor feudal de Cadillac (Sir do Cadillac). Em 1701, de La MOTHÉ fundou Fort Pontchartrain, que viria a se tornar Detroit. A empresa Cadillac foi chamada depois de LA MOTHE em 1902, na seqüência de uma comemoração do bicentenário da fundação da cidade. O problema foi que de La MOTHÉ nunca foi da nobreza. Nascido Antoine Laumet, DE LA MOTHE deixou a França indo para a América em circunstâncias misteriosas (alguns dizem que ele cometeu um crime ou não foi capaz de pagar sua dívida). No Novo Mundo, ele assumiu uma nova identidade, dita como nobre. Em 1998 a Cadillac adotou uma nova filosofia de design denominada arte e ciência e seu logotipo foi redesenhado. Saíramos seis pássaros, a coroa. A estrutura do brasão foi redesenhada. O logotipo foi lançado em 2002. Figura 49: Logotipo Cadillac. • Chevrolet - Diz a lenda que o logotipo em forma de gravata borboleta foi baseado na ilustração do papel de parede de um hotel em Paris onde um dos Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 45 Figura 55: Logotipo FIAT. • Ford - Em 1909, Childe Harold Wills, engenheiro chefe e designer da Ford, que também ajudou a projetar o Modelo T, emprestou a fonte cursiva que ele criou para fazer seu próprio cartão de visita, para criar o logotipo Ford. O famoso oval azul foi adicionado mais tarde para o Modelo A de 1927 - permanecendo em uso até hoje. Figura 56: Logotipo Ford. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 46 • Gurgel – O logotipo refere-se ao sobrenome de João Augusto Amaral Gurgel, da extinta fabricante de automóveis brasileira. A Gurgel, mais importante indústria nacional de automóveis, foi fundada em 1° de setembro de 1969 na cidade de Rio Claro, interior paulista, formada com capital de somente 50 mil dólares, pelo engenheiro mecânico e eletricista João Augusto Conrado do Amaral Gurgel, que sempre sonhou com um carro genuinamente brasileiro. O primeiro modelo foi um bugue com linhas muito modernas, com chassi, motor e suspensão Volkswagen. Chamava-se Ipanema. Com apenas seis funcionários, produzia apenas quatro unidades por mês. Gurgel sempre batizou seus carros com nomes bem brasileiros e homenageava nossas tribos de índios. Em 1973 chegava o Xavante, que daria início ao sucesso da marca. Seria seu principal produto durante toda a evolução e existência da fábrica. De início com a sigla X10, não era mais um bugue, mas um jipe. Sobre o capô dianteiro era notável a presença do estepe. Na primeira reestilização, em 1975, as linhas da carroceria ficaram mais retas. A Gurgel foi o primeiro exportador na categoria carros especiais em 1977 e 1978 e o segundo em produção e faturamento nestes dois anos -- 25% da produção seguiam para fora do Brasil. Eram fabricados 10 carros por dia, sendo o X12 o principal produto da linha de montagem. Em 1980 a linha era composta de 10 modelos. Todos podiam ser fornecidos com motores a gasolina ou álcool. Faziam parte da linha o X12 TR com teto rígido, o jipe comum com capota de lona (que era a versão mais barata do X12), o simpático Caribe, a versão Bombeiro, o X12 RM (teto rígido e meia capota) e a versão X12 M, militar. Este, exclusivo para as Forças Armadas, já vinha na cor-padrão do Exército, com emblemas nas portas e acessórios específicos. Numa outra faixa de preço havia o monovolume X15 TR (lançado em 1979) de quatro portas, a picape cabine-dupla CD, a versão cabine-simples (CS), a cabine-simples com capota de lona e o bombeiro. No ano de 1984, a Gurgel lançava o jipe Carajás. As versões eram TL (teto de lona), TR (teto rígido) e MM (militar). Versões especiais ambulância e furgão também existiram. Além dos utilitários, Gurgel sonhava com um minicarro econômico, barato e 100% brasileiro para os centros urbanos. Em 1985 a GURGEL apresentou à FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos a idéia do CENA, ou Carro Econômico Nacional. A empresa recebeu um financiamento do Ministério da Ciência e Tecnologia, através da FINEP, para o desenvolvimento e fabricação de protótipos e da cabeça de série para duas mil unidades/ano. E em 1987, após completar seu desenvolvimento, o novo carrinho urbano, denominado BR-800 (BR de Brasil e 800 representando o volume de deslocamento em seu motor de dois cilindros horizontais contrapostos) foi apresentado ao público oficialmente no desfile de 7 de setembro em Brasília. A empresa então se preparava para lançar em escala industrial o primeiro carro popular e econômico de quatro lugares totalmente desenvolvido no Brasil. Dezembro de 1989 marcou a entrega da milésima unidade do urbano BR-800, que inicialmente, de acordo com a estratégia da empresa, foi vendido apenas para os acionistas, que passaram a fornecer suas opiniões e sugestões. Com isso, a GURGEL criou a maior frota de testes do mundo, com mais de 5.000 veículos rodando nas mãos de seus sócios. Apesar de beneficiado por uma redução de impostos, cuja classificação de veículos enquadráveis praticamente o descrevia, o BR-800 não fez sucesso por muito tempo. No início dos anos 90 a empresa já não ia tão bem; começava a ir atrás Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 47 de empréstimos altíssimos para tocar novos investimentos para projetos. Em 1990, o surgimento do Uno Mille, seguido por outros modelos de um litro, bem maiores e mais rápidos que o pequeno Gurgel, criou incômoda concorrência, pois custavam quase o mesmo. Uma evolução, o Supermíni, veio em 1992. Tinha um estilo muito próprio e moderno. Media 3,19 m de comprimento, sendo ainda o menor carro fabricado aqui. Atolada em dívidas e combalida no mercado pela concorrência das multinacionais, a Gurgel pediu concordata em junho de 1993 e acabou fechando as portas no final de 1994. A marca ficou conhecida pelo slogan "Utilitários de Raça". Figura 57: Logotipo Gurgel. • Honda - O logótipo da marca nipônica fabricante de automóveis e de navios consiste no "H" alusivo à sua denominação. No entanto, este "H" encontra-se relativamente inclinado para a direita, simbolizando um caminho para o futuro. Figura 58: Logotipo Honda. • Jeep - Marca norte-americana cuja origem vem da pronúncia, em inglês, da sigla G.P. (General Purpose), utilizada para identificar os modelos destinados a vários tipos de uso. Figura 59: Logotipo Jeep. • Lamborghini - O touro que aparece no símbolo dos esportivos italianos é uma homenagem do fundador da marca, Ferruccio Lamborghini, às lutas de touro, pelas quais era fanático. Tanto que os carros da marca (Diablo e Murciélago) têm nomes de touros famosos. Figura 60: Logotipo Lamborghini. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 50 preso por sete meses. Já em 1868, Iwasaki estava trabalhando para o clã Tosa quando a Restauração Meiji aboliu o sistema de clãs feudais do Japão. Iwasaki adquiriu a Tsukumo Shokai, a empresa de atividade marítima do clã Tosa, e renomeou-a de Mitsubishi, em 1873. Já na quarta geração Iwasaki, um homem chamado Kayota Iwasaki, transformou em um gigante o grupo empresarial Mitsubishi, que incluiu uma empresa automotiva, a Mitsubishi Motors. O nome Mitsubishi é uma combinação das palavras "Mitsu" (três) e "hishi" (água castanha, utilizada no Japão para significar um losango ou um forma de diamante). A tradução oficial do nome é "três diamantes". O logotipo da Mitsubishi foi uma combinação do brasão da família Iwasaki, três diamantes empilhados, e o brasão de três folhas crista do Clã Tosa. Figura 65: Logotipo Mitsubishi. • Nissan - A palavra Nissan significa "Indústria japonesa", sendo o nome da marca alusivo país fabricante de origem. Durante muito tempo, a palavra Nissan encontrou-se sobre um fundo azul, cor de sucesso na cultura japonesa e um círculo vermelho como fundo, que representa luz, sinceridade. O objetivo da marca era remeter para "sinceridade leva ao sucesso". Com a reestruturação da marca o seu logótipo foi alterado, mantendo-se o nome da marca no centro de um círculo, que simboliza universalidade. Figura 66: Logotipo Nissan. • Opel - O símbolo da Opel evolui ao longo dos tempos, o seu logotipo inicial era alusivo a duas máquinas de costura, uma vez que a primeira área de negócio da marca foi precisamente produção de máquinas de costura. Quando passou a fabricar bicicletas adotou um outro logotipo, e quando se iniciou no setor automóvel optou por criar o logotipo que hoje conhecemos, embora não com um design tão atual. O logo consiste num relâmpago no centro de um círculo, combinado a estabilidade e plenitude do círculo com a imprevisibilidade do relâmpago. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 51 Figura 67: Logotipo Opel. • Peugeot - A Peugeot tem o seu início em 1812 em Montbeliard, França, quando dois irmãos, Jean-Pierre e Jean-Frédéric Peugeot converteram seu moinho em uma siderúrgica. Seus primeiros produtos foram laminados de aço para lâminas de serra e molas de relógios, bem como barras cilíndricas de aço laminado. Durante décadas, os negócios da família Peugeot consistiam na produção de bens de metal, máquinas-ferramenta, vestidos de crinolina, guarda-chuvas, rodas arame, ferros de passar roupa, máquinas de costura, artefatos para cozinha e, por volta de 1885, bicicletas. Com efeito, a entrada da Peugeot no negócio de automóveis foi por meio de bicicletas. Na época, a empresa foi uma das maiores fabricantes de bicicletas na França. Em 1889, Armand Peugeot criou o primeiro carro movido a vapor da empresa. Um ano depois, abandonou a vapor em favor do motor de combustão interna após reunião com Gottlieb Daimler. O "leão" do logotipo da Peugeot foi desenhado pelo joalheiro e gravador Justin Blazer em 1847. Ela baseou-se na bandeira da Région Franche- Comté. O logotipo foi estampado com artefatos de cozinha da Peugeot para demontrar a qualidade dos seus produtos siderúrgicos. Armand Demorou 14 anos para convencer sua família que os automóveis poderiam ser um bom negócio. Só então eles lhe permitiram usar o logotipo com o leão da Peugeot. Hoje a Peugeot pertencente ao Grupo PSA Peugeot Citröen. O logotipo da Peugeot evoluiu a partir da imagem do leão, agregando elementos para garantir maior impacto visual, solidez e flexibilidade de aplicação. O logotipo já sofreu sete modificações. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 52 Figura 68: Logotipo Peugeot. • Porsche - São dois brasões sobrepostos - o da região de Baden-Württemberg e o da cidade de Stutgartt (o cavalo empinado), sede da marca alemã. A marca adotou o símbolo a partir de 1949. Figura 69: Logotipo Porsche. • Quadrifoglio - O trevo de quatro folhas dos esportivos da Alfa Romeo é o amuleto usado pelo piloto Ugo Sivocci, considerado herói da marca depois de ter morrido em um acidente, em 1923, no circuito de Monza (Itália). A partir daquele ano, todos os carros de corrida passaram a ter esse logotipo na carroceria. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 55 Figura 73: Logotipo Saab. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 56 • Subaru - A Subaru a marca de automóveis da empresa japonesa Fuji Heavy Industries, que também atua no mercado aeroespacial, no de produtos industriais e produz ainda tecnologia ecológica. De fato a marca japonesa esteve sempre associada a tecnologia de ponta. Dada a multiplicidade de segmentos em que opera o símbolo da marca e o próprio nome representam o grupo de estrelas Plêiades, estrelas da constelação de Touro. As Plêiades são visíveis no hemisfério sul e no hemisfério norte, consistem em várias estrelas brilhantes e quentes que foram formadas ao mesmo tempo dentro de uma grande nuvem de gás e poeira interestelar. A névoa azul que as acompanha deve-se à poeira muito fina que ainda permanece e reflete principalmente a luz azul das estrelas. Figura 74: Logotipo Subaru. • Volkswagen – A criação de automóvel popular – carro do povo, “Volkswagen” – no período pré-guerra levou o estado alemão a implantar uma fábrica. Essa fábrica desenvolveu o protótipo do veículo e, em função das demandas por equipamentos militares, somente produziu versões para essa aplicação. Após o termino da guerra, a fábrica foi recuperada e passou a produzir o veículo civil. Como a fábrica não tinha nome, foi batizada com o nome do veículo para o qual foi implantada. Significativas alterações foram aplicadas ao logotipo. Figura 75: Logotipo Volkswagen. • Volvo - A idéia para o surgimento da marca VOLVO começou a nascer em 1924 na cidade de Estocolmo na Suécia, quando Assar Gabrielsson e o engenheiro Gustaf Larson, colegas de infância, se encontraram em um restaurante. A idéia de construir o mais seguro automóvel do mundo surgiu depois que a mulher de Assar Gabrielsson morreu em um acidente aéreo. Depois de horas de bate papo, ambos tiveram a idéia de projetar um carro genuinamente sueco e que fosse extremamente seguro. E para isso receberam o apoio da empresa SKF. O primeiro automóvel, chamado de VOLVO ÖV4, com um motor de 4 cilindros com 28 cv, capaz de atingir 90 quilômetros por hora, conhecido popularmente como Jakob, saiu da linha de montagem da cidade de Gotemburgo às 10h10min do dia 14 de abril de 1927. Esse automóvel foi construído para o clima escandinavo, utilizando, além do excelente aço sueco componentes de alta qualidade. Gabrielsson financiou a construção de 10 protótipos, desenvolvidos pelo artista Helmer Mas-Olle. Os carros já saiam da linha de montagem com as tradicionais listras diagonais na grade do radiador, marca da empresa até os Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 57 dias de hoje. Em 1928 iniciou a produção de pequenos caminhões de 1.5 toneladas. Foi nesse mesmo ano que a VOLVO iniciou a exportação de seus automóveis para a Finlândia. No ano de 1932, a empresa produzia cerca de 900 carros por ano, entrando no mercado de fabricação de ônibus dois anos depois com o modelo B1. Nos primeiros anos a VOLVO, apesar de obter grande sucesso com a comercialização de caminhões e ônibus, e ao mesmo tempo se comprometer a construir os automóveis mais seguros, não deixava de ter um elevado índice de mortalidade em acidentes. Para combater essa reputação a VOLVO fez uma enorme aposta em marketing e principalmente em pesquisas que resultariam em inovações de segurança que fariam da montadora sueca um ícone neste segmento. A neutralidade da Suécia na Segunda Guerra Mundial permitiu que a produção de automóveis não fosse interrompida no período, apesar de boa parte dela ser direcionada a veículos militares. O primeiro automóvel pós-guerra da VOLVO foi o pequeno PV-444, produzido em 1942, possuindo suspensão frontal independente, com um baixo consumo de combustível e que trazia de série vidro laminado no pára-brisas. Com este modelo, a montadora colocou um pé dentro do mercado americano. Em 1956 é lançado o VOLVO Amazon, primeiro automóvel a incorporar o atual sistema de três pontos do cinto de segurança. Em 1961 é lançado o Volvo P1800, um esportivo que permaneceu durante muitos anos em concepção e que permitiu uma expansão ainda maior da montadora para o mercado norte-americano. Em 1964, a montadora inaugura uma nova fábrica perto da cidade de Torslanda. Neste mesmo período a VOLVO estava pronta para começar a produzir seus carros no Canadá e Bélgica. O carro de número um milhão foi um Amazonas, construído em 1966. Ainda nesse ano a empresa introduziu duas grandes novidades, o desembaçador de vidro traseiro e freio a disco em todas as rodas. No final desta década, em 1968, foi introduzida a nova série de automóveis que utilizavam a denominação de três dígitos, a série 140. Inicialmente, o primeiro dígito fazia referência à série, o segundo ao número de cilindros do motor e o terceiro ao número de portas. Em 1983 a empresa comemorou os cinco milhões de automóveis vendidos. Durante essa década a VOLVO lançou inúmeros modelos como o popular 240, o 740, 760, 940 e o 960. Esses carros apresentavam design retangular e a grande maioria era modelos de luxo. Em 1999 a divisão de automóveis de passageiros da montadora, denominada VOLVO CARS, é vendida à montadora americana Ford, de forma a concentrar todos os esforços nos veículos comerciais. A empresa Volvo Group, permaneceu em mãos suecas atuando na construção de caminhões, ônibus, construção pesada, estaleiros navais e indústria aeronáutica. O nome VOLVO deriva do Latim e significa “I Roll” (“Eu Rodo” em português). Antes de decorar o primeiro carro VOLVO em 1927, ele era usado com o nome de uma marca fabricante de rolamentos, a SKF. O polêmico logotipo da marca VOLVO, por mais estranho que pareça, não faz referência ao símbolo do gênero masculino, figura criada a partir de uma antiga representação do Deus romano Marte, como reclamam movimentos feministas mundo afora. Na verdade representa a robustez da indústria siderúrgica sueca do início do século XX. O símbolo era o sinal do ferro - um círculo com uma seta diagonal. Essa logomarca só é empregada atualmente na grade dianteira dos veículos, por uma questão de tradição da marca. O polêmico logotipo da marca sueca também é o símbolo da masculinidade. Por esse motivo já foi muito contestado por movimentos feministas na Europa. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 60 1.2 Cronologia • 4000 a.C. – Invenção da roda; • Suméria – 3500 a.C. – 1° registro de trenó sobre rodas; • Egito – 1600 a.C. – Plataforma de tração animal; • Inglaterra – 1555 – Carruagem de tração animal com suspensão; • Holanda – 1637 – Nassau – Canhoneira à vela; • França – 1771 – Cugnot – 1° veículo a vapor; • Inglaterra – 1775 – Watt – Veículo a vapor de alta pressão; • Inglaterra – 1800 – Trevithick – 1° veículo de transporte de passageiros autopropulsado (a vapor); • Suíça – 1807 – Rivaz – 1° veículo com motor de combustão interna manual (hidrogênio); • Inglaterra – 1826 – Brown – 1° veículo com motor a combustão interna sem explosão (álcool); • França – 1862 – Lenoir – 1° veículo com motor de combustão interna de dois tempos (gás de carvão); • EUA – 1863 – Roper – 1° veículo motorizado vendido em série (9 unidades, a vapor); • Áustria – 1865 – Marcus – 1° veículo motorizado com motor de dois tempos à gasolina; • Alemanha – 1885 – Daimler – 1° veículo com motor quatro tempos (à gasolina, com duas rodas); • Alemanha – 1885 – Benz – 1° veículo com motor de dois tempos com ignição por centelha (à gasolina); • Alemanha – 1886 – Daimler – Veículo com motor quatro tempos (à gasolina, com quatro rodas); • França – 1891 – Panhard / Levassor – 1° veículo com chassi; • França – 1891 – Peugeot – 1° veículo à gasolina vendido em série (68 unidades); • Alemanha – 1895 – Benz – Veículo com três marchas; • França – 1895 – De Dion – 1° veículo com motor refrigerado a ar; • EUA – 1895 – Balzar – Veículo com transmissão por engrenamento constante; • Alemanha – 1896 – Daimler – 1° caminhão; • Alemanha – 1897 – Opel – 1° veículo com marcha à ré; • Áustria – 1899 – Porsche – 1° veículo com moto-gerador à gasolina acionando motores elétricos nas rodas; • França – 1900 – Renault – Veículo com habitáculo fechado; • EUA – 1901 – OLDSMOBILE – 1° veículo de produção em massa; • Suécia – 1901 – SCANIA – 1° veículo com rolamentos de esferas nas rodas; • Alemanha – 1902 – DAIMLER/PEUGEOT – Uso de turbocompressor em motor à combustão; • França – 1902 – MORS – Amortecedor por atrito; • França – 1902 – CGV – 1° veículo com motor de 8 cilindros; • Holanda – 1902 – SPYKER – 1° veículo com motor de 6 cilindros e tração 4x4; • Inglaterra – 1902 – Volante ajustável; • EUA – 1902 – Baker – Cinto de segurança; • EUA – 1903 – FORD – Criação da Ford Motor Company; • EUA – 1903 – BUICK – Motor OHV (2.6 2 cilindros); • Inglaterra – 1903 – LANCHESTER – Freio a disco; • Inglaterra – 1903 – VAUXHALL – 1° veículo com carroceria totalmente em aço; • EUA – 1904 – STURTEVANT – Transmissão automática e direção eletricamente assistida; Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 61 • EUA – 1905 – SAE – Criação da SAE; • EUA – 1907 – OAKLAND – Veículo com motor com eixos contra-rotativos para minimizar vibrações (2.6 2 cilindros); • EUA – 1908 – CADILLAC – Intercambiabilidade de peças; • EUA – 1908 – FORD – Ford modelo “T”; • EUA – 1908 – GMC – Criação da General Motor Company; • França – 1908 – MORS – Amortecedor hidráulico; • EUA – 1908 – BRUSH RUNABOUT – Sistema de direção com redução variável; • Itália – 1908 – ISOTTA FRASCHINI – Freio nas 4 rodas; • EUA – 1912 – CADILLAC – Motor de partida elétrico; • EUA – 1912 – OLDSMOBILE – 1° veículo com carroceria em material compósito (papel e epóxi); • EUA – 1912 – PACKARD – Motor V12; • EUA – 1916 – Limpador de pára-brisa; • Itália – 1918 – LANCIA – 1° veículo com carroceria monobloco; • França – 1919 – HISPANO – SUIZA – Servo-freio; • EUA – 1919 – GMC – Criação do GMI – General Motors Institute – 1ª Escola Automotiva; • Brasil – 1919 – FORD – Inauguração da Ford do Brasil; • EUA – 1920 – Tinta duco (secagem mais rápida); • EUA – 1920 – Aço ao molibdênio; • EUA – 1922 – Filtro de ar; • EUA – 1924 – Adição de chumbo tetra-etila na gasolina permitindo o aumento da taxa de compressão dos motores de 3:1 para 4,5:1; • Brasil – 1925 – GMC – Inauguração da GM do Brasil; • EUA – 1926 – CADILLAC – Pára-brisa laminado; • Espanha – 1926 – PEDROSO – Comando de válvula variável; • EUA – 1927 – FORD – Último Ford “T” (15007033°); • EUA – 1928 – CADILLAC – Caixa de câmbio sincronizada (exceto a primeira) e rádio Motorola; • EUA – 1929 – GMC – Ar condicionado (Frigidaire); • EUA – 1932 – BUICK – Câmbio semi-automático; • EUA – 1934 – CHRYSLER – Lançamento do “Airflow” (aerodinâmica); • Alemanha – 1936 – MERCEDES-BENZ – 1° veículo com motor Diesel (Mercedes 260D); • EUA – 1939 – OLDSMOBILE – Transmissão automática de 4 velocidades; • Alemanha – 1940 – Porsche – Apresentação do Volkswagen; • EUA – 1941 – BANTAM – Apresentação do Jeep; • EUA – 1941 – FORD – Carroceria de fibra plástica; • EUA – 1946 – FORD – Carroceria de fibra de vidro; • EUA – 1948 – BUICK – Conversor de torque; • EUA – 1950 – B.F. GOODRICH – Pneus “Tubeless”; • EUA – 1951 – CHRYSLER – Direção hidráulica; • França – 1953 – MICHELIN – Pneu radial; • França – 1955 – CITROËN – Citroën DS 19 (Cx = 0,31); • EUA – 1957 – CADILLAC – Piloto automático; • EUA – 1958 – Rambler – Bancos com regulagem elétrica; • França – 1959 – MORRIS – Configuração com tração dianteira motor transversal; • Holanda – 1959 – DAFFODIL – Transmissão continuamente variável; • Japão – 1964 – TOYOTA – Produção just-in-time; • Alemanha – 1964 – NSU – Primeiro veículo com motor Wankel; Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 62 • EUA – 1967 – PONTIAC – Pára-choque absorvedor de energia; • EUA – 1968 – FORD – Freio anti-blocante; • EUA – 1970 – BUICK – Sistema de controle de tração; • EUA – 1973 – GMC – Air-bag; • EUA – 1974 – Catalisadores; • 1975 – Injeção eletrônica de combustível; • Inglaterra – 1978 – LOTUS – Monobloco inteiramente em plástico; • Brasil – 1979 – FIAT – Primeiro carro a álcool de grande produção; • Alemanha – 1980 – AUDI – Primeiro carro com tração 4x4 integral; • Alemanha – 1981 – PORSCHE – Injeção eletrônica com detetor de oxigênio; • EUA – 1985 – GMC – Saturn, veículo de grande avanço tecnológico; • Brasil – 1986 – Aplicação automotiva do motor semi-adiabático (ELKO); • Alemanha – 1989 – PORSCHE – Câmbio automático inteligente (Tiptronic); • Inglaterra – 1997 – LAND ROVER – Controle de descida em percurso off-road; • Brasil – 2002 – Bosch – Sistema de alimentação de combustível álcool+gasolina. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 65 Figura 79: Curvas típicas de um motor Diesel apresentando a potência máxima e o torque máximo. Com a indicação da curva de consumo de combustível pode-se determinar a faixa ótima de funcionamento. A seleção do trem motriz deve ser feita de modo a manter o motor funcionando preferencialmente na faixa de consumo ótimo. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 66 Figura 80: Curva de desempenho de um veículo, apresentado o desenvolvimento das velocidades em cada marcha em função da rotação do motor. Nota-se a faixa de utilização do veículo em cada marcha, em função dos limites mínimos e máximos de rotação recomendados para o motor, e a faixa econômica, onde o consumo de combustível é mínimo. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 67 2.1 Rendimento As transmissões empregadas em um trem motriz são, na sua maior parte, transmissões por engrenagens. Em alguns casos mais específicos empregam-se outros elementos mecânicos com esta função. Pode-se citar o uso de correntes na transmissão de potência à roda de uma motocicleta e em algumas caixas de transferência em veículos multitração e o uso de correias na transmissão de pequenos veículos de lazer. De qualquer modo, sempre um par cinemático acoplado com a função de transmitir potência apresenta um rendimento menor que a unidade. Isto significa que sempre há uma perda de potência inerente à própria transmissão de potência. No caso de transmissões por engrenagens, esse rendimento apresenta valores médios de aproximadamente 98% para cada par cinemático construído com engrenagens cilíndricas e de 95% para engrenagens cônicas. Sob uma visão global de uma caixa de engrenagens, esta perda de potência se deve ao atrito entre as superfícies transmissoras de potência, às perdas nos mancais e à agitação do lubrificante, gerando calor e ruído. Para exemplificar apresenta-se a seguir os rendimentos totais de alguns trens motrizes. Tabela 1: Rendimento da transmissão. Veículo Rendimento total (%) Pálio 1.0 85,9 Gol 1.0 72,3 Uno 1.0 79,0 Corsa 1.0 83,1 Ka 1.0 82,0 Besta 2.7 69,7 Ranger 4.0 70,0 Nissan 2.0 manual 76,1 Nissan 2.0 automático 66,4 Peugeot GR 2.3 75,3 2.2 Componentes do Trem Motriz Os componentes do trem motriz podem ser agrupados em grandes conjuntos, como segue: • Embreagem: acopla o próprio trem motriz ao motor • Caixa de câmbio: permite adequar as condições de torque e rotação do motor às condições de marcha do veículo • Diferencial: compensa variações de rotação entre rodas motrizes de um veículo • Sistema de controle: supervisiona o funcionamento do conjunto motriz • Eixos e acoplamentos: permitem a conexão dos componentes do trem motriz • Freios: proporcionam redução de velocidade e imobilização do veículo. 2.3 Disposição do Trem Motriz Como disposição do trem motriz (sendo mais rigoroso, do trem de potência) pode-se descrever as configurações construtivas conforme as posições relativas do motor e do eixo motriz. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 70 Resistência total: somatória das resistências que se opõem ao movimento do veículo. Esta somatória deve ser realizada com base no mesmo parâmetro – velocidade, massa, ângulo, etc. Normalmente o parâmetro de maior interesse é a velocidade do veículo. Frolamento (N) m (kg) Ftotal (N) v (km/h) F aerodinâmica F rolamento F gradiente Ftotal (N) v (km/h) A B C D α F Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 71 Figura 81: Curva de resistência ao rolamento de um ônibus comparando o desempenho do veículo equipado cm pneus diagonais (convencionais) e com pneus radiais. Nota-se o menor atrito gerado pelos pneus radiais, que para a velocidade de 80 km/h chega a consumir 30 CV a menos que os pneus diagonais. Figura 82: Curva de resistência aerodinâmica de um ônibus em função da velocidade, comparando-se a diminuição do arraste aerodinâmico conseguido com a melhora do coeficiente de penetração aerodinâmica do veículo, que chega a ser de 42% a 80 km/h. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 72 Figura 83: Curva de resistência total de um ônibus apresentando-se a potência consumida em função da velocidade desenvolvida e das características de rampa a ser superada. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 75 Torque no motor - Tm 100 110 120 130 140 150 160 170 180 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Rotação do motor (rpm) To rq ue (N m ) Figura 85: Curva de torque do motor. 2.5.2 Curvas de Performance As curvas de performance confrontam a curva de tração com as curvas de resistência. Normalmente são apresentadas em função da velocidade de deslocamento do veículo. 2.5.3 Curvas de Potência Constante A curva de potência constante, para um veículo com transmissão discreta, é a interpolação de todos os pontos de intersecção das curvas de velocidade com as curvas de resistência, para todos os valores de velociadade do veículo dentro da faixa de operação. Para veículos com transmissão contínua (continuamente variável) esta curva coincide com a curva de performance. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 76 Resistências ao movimento - Fr 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 50 100 150 200 Velocidade do veículo (km/h) Fo rç a (N ) TR 1 TR 2 TR 3 TR 4 TR 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 25 30 35 40 45 Figura 86: Curva de performance. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 77 Aceleração 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 0 50 100 150 200 Velocidade do veículo (km/h) Te m po (s ) 1 10 100 1000 10000 100000 D es lo ca m en to (m ) TR 1 TR 2 TR 3 TR 4 TR 5 D1 D2 D3 D4 D5 Figura 87: Curva de performance. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 80 básico, com algumas variações em função de características próprias dos diversos modelos de uma linha. Neste contexto, conseguem-se variações de potência e torque em um mesmo motor privilegiando ora o desempenho, ora o conforto em condução urbana, ora a economia. Da mesma forma, o trem motriz pode sofrer alguns ajustes em relação a uma versão básica, com os mesmos objetivos. Portanto, combinando-se as opções de motorização com as opções de transmissão podem-se obter diferentes comportamentos em uma mesma linha de veículos, cada qual associado a um modelo diferente, voltado a um cliente diferente. Focaliza-se aqui, particularmente, as combinações de um determinado motor com as possíveis opções de trem motriz. As condições de contorno para a determinação das relações de transmissão de uma caixa de câmbio são: • Ângulo de rampa nulo com o motor desenvolvendo a máxima potência na respectiva rotação mínima relação de transmissão; • Ângulo de rampa máximo com o motor desenvolvendo o máximo torque na respectiva rotação máxima relação de transmissão As demais relações de transmissão são desenvolvidas em progressão geométrica onde os valores anteriores são o último e primeiro termos, respectivamente. Este escalonamento, assim obtido, considera que na mudança de marcha a velocidade na marcha atual é igual à velocidade na marcha anterior instantaneamente no momento da mudança. Portanto, descrevendo a rotação de torque máximo do motor como nt e a rotação de potência máxima como np, as relações de transmissão como i = A:1, i = B:1, C:1, D:1, etc., tem-se: A n Kv p⋅= B nKv t⋅=' onde K é uma constante que representa as dimensões do aro, do pneu e do tipo construtivo de pneu. Então, na mudança de marcha tem-se v = v’, ou seja, a velocidade instantânea na mudança de marcha é igual, correspondendo a uma alteração proporcional na rotação do motor, que por sua vez, corresponde a uma alteração nos valores de torque e potência disponíveis momentaneamente. Então, B nK A n K tp ⋅=⋅ M LAB ⋅= ou seja, alterou-se a relação de transmissão de A:1 para B:1 com a rotação diminuindo da rotação de potência máxima para a rotação de torque máximo. Este padrão é ideal, sendo mais próximo dos valores usuais para veículos comerciais, particularmente com motorização ciclo Diesel. Variações são possíveis em função das curvas de potência e de torque de cada motor em particular. Na próxima mudança de marcha novamente a velocidade instantânea se mantém, quando a relação de transmissão é alterada de B:1 para C:1. Logo, C nK B n K tp ⋅=⋅ M LBC ⋅= Como M LAB ⋅= 2      ⋅= M LAC Na próxima mudança de marcha novamente a velocidade instantânea se mantém, quando a relação de transmissão é alterada de C:1 para D:1. Logo, D nK C n K tp ⋅=⋅ M LCD ⋅= Como Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 81 2      ⋅= M LAC 3      ⋅= M LAD E assim sucessivamente. Portanto, a razão entre as relações de transmissão é constante e vale L/M, correspondendo a uma progressão geométrica. Buscando uma melhor flexibilidade do conjunto, em caminhões a velocidade máxima deve ser aproximadamente de 8 a 16 km/h maior que a velocidade de cruzeiro - ou em trono de 90% da rotação de potência máxima. Para iniciar o movimento do veículo carregado no plano pode-se considerar como se este estivesse se movendo em uma rampa de 10% de inclinação. Da mesma forma, para arrancar em uma rampa, considera-se um incremento de 10% na inclinação da rampa. Como exemplo, pode-se apresentar a seguinte situação: um veículo com motor Diesel fornece 250 CV a 2100 rpm e apresenta torque máximo a 1270 rpm. Em função dos valores de potência e de torque, bem como das resistências a serem vencidas, definiu-se que a maior relação de transmissão necessária é 35,6:1. Este veículo será equipado com um eixo motriz de relação final de transmissão de 4,88:1 e com uma caixa de câmbio de 5 velocidades + ré. Qual o escalonamento necessário para cada marcha? Solução: A primeira relação de transmissão já foi estabelecida em função das características de desempenho previstas. Então, 88,4 6,35 1 =i 30,71 =∴ i A razão 6047,0 2100 1270 == p t i i define a progressão geométrica que determina o escalonamento da caixa de câmbio. Logo, 41,430,76047,0 22 =∴⋅= ii 67,241,46047,0 33 =∴⋅= ii 61,167,26047,0 44 =∴⋅= ii 97,061,16047,0 55 =∴⋅= ii As relações de transmissão da caixa de câmbio realmente utilizada no veículo a que se refere o exemplo, um caixa Spicer 8552-B, são: I1 = 7,30:1 I2 = 4,54:1 I3 = 2,75:1 I4 = 1,65:1 I5 = 1,00:1 As variações encontradas são função das características de projeto de trens de engrenagens, onde cada par de engrenagens que compõe um engrenamento deve atender à mesma distância entre centros que os demais pares. Ainda, como é apresentado adiante, uma caixa de câmbio de 3 eixos, com a última marcha direta, apresenta algumas vantagens em relação às caixas de câmbio de 2 eixos, particularmente quando aplicada em veículos comerciais ou de competição. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 82 Figura 90: Curva de desempenho de um caminhão-trator com caixa de câmbio de 10 marchas e um eixo motriz de simples redução. 2.7 Equação de Equilíbrio de Forças As forças de tração exigíveis são iguais às forças impostas pelas resistências ao movimento. Então, Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 85 Figura 93: Tração traseira com motor traseiro longitudinal. Figura 94: Tração traseira com motor traseiro transversal. Figura 95: Tração traseira com motor traseiro transversal. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 86 • Tração com eixo morto – corrente Figura 96: Tração traseira com correntes. • Tração traseira independente – De Dion Figura 97: Tração traseira com suspensão De Dion. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 87 • Tração traseira com motor central Figura 98: Tração traseira com motor central. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 90 Figura 102: Variante da configuração Standard com tração traseira, motor dianteiro longitudinal e caixa de câmbio traseira. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 91 Figura 103: Configuração Standard com tração traseira, motor dianteiro longitudinal. Tração traseira com motor traseiro Vantagens • Trem motriz compacto • Direção leve – pouco peso sobre o eixo dianteiro • Boa distribuição de esforços de frenagem • Eixo dianteiro simples • Fácil acesso ao motor • Melhor aproveitamento do espaço interno Desvantagens • Maior sensibilidade a ventos laterais • Extremo comportamento sobresterçante • Dirigibilidade muito difícil em pisos muito lisos (gelo) – pouco peso sobre o eixo dianteiro • Desgaste desigual de pneus • Suportes do motor absorvem maior momento • Traçado difícil para o escapamento • Dificuldade no isolamento de ruído • Mecanismo de acionamento do câmbio mais complicado • Refrigeração difícil para motores refrigerados à água • Localização segura do tanque de combustível dificultada Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 92 Figura 104: Configuração com motor e tração traseiros. Tração dianteira com motor dianteiro Vantagens • Melhor estabilidade direcional • Comportamento subestreçante • Pouca sensibilidade a vento laterais • Direção pouco pesada • Eixo traseiro mais simples • Melhor aproveitamento do espaço interno • Trem motor compacto • Melhor refrigeração do motor Desvantagens • Dificuldade de tração com carga máxima • Com motorização mais potente aumentam os níveis de vibração na direção • Tamanho do motor limitado • Suportes do motor absorvem maior momento • Mais difícil obter um conjunto confortável e silencioso • Eixo dianteiro mais complexo • Circunferência de giro limitada • Desgaste desigual dos pneus • Má distribuição de forças de frenagem • Mecanismo de acionamento do câmbio mais complexo Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 95 3 EMBREAGEM E ACOPLAMENTOS Mecanismo que permite a transmissão de movimentos rotatórios de um eixo para outro de maneira progressiva. Os tipos mais comuns são as embreagens de fricção e as hidráulicas (incluindo-se o conversor de torque). Figura 107: Esquema de acoplamento por embreagem. 3.1 Embreagem de Fricção Disco – ligado ao motor Componentes Platô – ligado ao câmbio Volante do motor – ligado ao motor Molas – ligadas ao câmbio Presente em veículos equipados com câmbio manual. Uma embreagem de fricção – de menores dimensões – pode ser encontrada como componente de sistemas automáticos para melhorar o desempenho do conjunto particularmente em regime permanente. Funcionamento: o atrito gerado pelo disco contra o platô e o volante do motor, sob força da mola, permite o acoplamento do motor ao câmbio. Funções: Disco – superfície revestida com material com alto coeficiente de atrito prover a força de atrito necessária à transmissão de movimento quando sob carga normal; Platô – componente de grande massa dissipar calor; Volante do motor – componente de grande massa dissipar calor e prover inércia ao motor; Molas – aplicar carga sobre o conjunto gerar a carga normal para que surja uma força de atrito entre o disco e as superfícies do volante do motor e do platô. Figura 108: Esquema de acoplamento por embreagem de fricção. Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 96 Acionamento: • Mecânico: a carga das molas é retirada por sistema de alavancas e cabos acionado pelo motorista através de pedal; • Hidráulico: a carga das molas é retirada hidraulicamente por sistemas de válvulas acionadas pelo motorista através de pedal. 3.2 Torque Transmissível O momento torçor transmissível por uma embreagem pode ser descrito como: rPM t ⋅⋅= µ , onde Mt = momento torçor transmissível (Nm) µ = coeficiente de atrito P = carga normal aplicada pelas molas sobre o platô (N) r = raio médio da superfície de fricção (m) Figura 109: Acionamento hidráulico de embreagem de fricção. Ao acionar o pedal o condutor comuta a válvula que permite o enchimento do cilindro hidráulico que por sua vez aciona a embreagem. Ao liberar o pedal da embreagem o condutor comuta a válvula para a posição de esvaziamento do cilindro que libera a embreagem. Superfície de fricção Volante do motor Força de atrito r Sistemas Mecânicos Automotivos – Carlo Giuseppe Filippin 97 Variações: • Sistema totalmente automático acionamento hidráulico + câmbio automático (câmbio convencional servo-controlado) • Sistema com isolamento de vibrações volante com duas seções acopladas por molas, apresentando freqüência natural de vibração abaixo da freqüência de excitação do conjunto (rotação do motor). Figura 110: Esquema de isolamento de vibrações em embreagem de fricção. 3.3 Embreagem de Fricção Cônica As embreagens de fricção tronco-cônicas estão em desuso no acoplamento entre motor e câmbio. Apresenta-se em algumas aplicações industriais mais simples com o objetivo de acoplar motores e redutores. Porém, em sistemas de transmissão com caixas de câmbio sincronizadas, o emprego de embreagens cônicas é grande como objetivo de sincronizar as mudanças de marchas, acoplando a engrenagem com a respectiva luva de engate, que encontram-se em velocidades diferentes no momento que o motorista inicia o movimento da alavanca de mudança de marchas. Figura 111: Esquema de acoplamento por embreagem cônica de fricção.
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