Caixas de Velocidades



Os fabricantes de automóveis estão cada vez mais a optar por aplicar caixas de velocidade automáticas como equipamento de serie nos veículos novos. A adoção por parte dos fabricantes de automóveis de caixas automáticas, prende-se sobretudo pela redução de consumos e emissões de poluentes e com a capacidade de os motores produzirem cada vez maiores binários, isto aliado a um maior conforto de condução.

As caixas de velocidade têm a importante missão de desmultiplicar e distribuir a potencia e rotação disponibilizada pelo motor às rodas. Com ela é possível obter diferentes gamas de binário e/ou rotação dependendo da solicitação pretendida pelo condutor e/ou condições da estrada.

Através de uma relação de transmissão poderemos alterar o binário de saída ou a rotação. Esta relação é dada pelo número de dentes do par de carretos através da equação:

Em que:

i- Relação de transmissão

- número dentes do carreto do veio saída

- número dentes do carreto do veio entrada

Por exemplo, se tivermos um carreto de entrada (ligado à cambota) com 5 dentes, e um carreto ligado ao veio de saída para o diferencial com 10 dentes, ao calcular a relação de transmissão iremos ter uma relação de 2:1. Ou seja, por cada volta do carreto primário, o carreto do secundário dá 2 voltas, traduzindo-se num incremento de rotação.

Por outro lado se tiver um  com 10 e um  de 20, então a nossa relação é de 0,5:1, ou seja por cada volta no veio de entrada, o veio de saída não chega a dar uma volta completa. Neste caso temos uma relação que serve para multiplicar o binário a ser transmitido às rodas.

Na figura 1 está representado um exemplo de funcionamento de uma caixa de velocidades manual nas suas posições de neutro e com a primeira velocidade engrenada. No exemplo podemos observar o fluxo de transmissão e ao aplicar uma rotação no veio de entrada de 1000 rpm em primeira velocidade, à saída temos uma desmultiplicação de 250 rpm. Ou seja, temos uma relação de força, pois a rotação de entrada (vinda do motor) é reduzida para um quarto à saída para o diferencial ou rodas.

Figura 1 - Fluxo de Potência de uma caixa de velocidades manual

Existem no mercado inúmeras soluções em termos de caixas de velocidade quer para veículos ligeiros quer para veículos pesados. No entanto podemos distinguir as mesmas em 3 categorias:

- Caixas velocidade manuais;

- Caixa de velocidade pilotadas/robotizadas;

- Caixas velocidades automáticas.

A generalidade dos veículos ainda são equipados com caixas de velocidade manuais. Estas caixas apresentam uma construção simples e eficaz, com relativamente poucos componentes face às caixas automáticas, o que as torna mais fácil e económicas de fabricar. A sua constituição não difere muito das primeiras caixas de velocidade desenvolvidas e são compostas de grosso modo por veios de entrada e de saída, pares de carretos, anilhas sincronizadoras, luvas, garfos ou forquilhas e um grupo cónico (diferencial).

As caixas automáticas por seu lado possuem muitos mais componentes internos, comparativamente às caixas manuais. São caixas que apresentam uma construção diferente e mais complexa, o que as torna mais difíceis de produzir e consequentemente mais caras de adquirir. Por outro lado, normalmente são caixas em que a montagem no veículo costuma ser mais rápida e simples. Dependendo do ano de fabrico da caixa, são constituídas sobretudo por trens epicicloidais, discos de embraiagem, discos de metal, pistões, filtros, cintas, bomba de óleo, grupo de válvulas e conversor de binário.

Uma variante das caixas de velocidades automaticas são as CVT – “Continuously Variable Transmission” (Caixa de variação contínua). O princípio de funcionamento é baseado na transmissão de potência por via de uma corrente ou correia. As relações de transmissão desde a mais baixa até à mais alta, são controladas por incrementos e decrementos de forma contínua através dos variadores (figura 1). Assim, em teoria estas caixas possuem múltiplas relações de caixa que à medida que aumenta a rotação faz com que a chamada “passagem de caixa” praticamente não seja sentida.

Figura 2 - Variação da relação de transmissão numa caixa do tipo CVT

Entre as caixas manuais e as automáticas temos as caixas pilotadas ou robotizadas. Este tipo de caixas de velocidade caracteriza-se por ser um misto do tipo caixa manual com controlo automático. Em termos práticos, este tipo de caixa tem todos os componentes associados a uma caixa manual (carretos, sincronizadores, garfos, etc) mas com uma parte robotizada que faz a gestão e controlo da passagem de caixa, leia-se velocidades. Esta atuação tipicamente é realizada de forma electro-hidráulica.

Atualmente as caixas de velocidade automáticas têm por base no seu funcionamento a pressão hidráulica do óleo, e são controladas eletronicamente com a adoção cada vez maior de unidades de controlo de caixa incorporadas dentro da mesma.

Independentemente do tipo de caixa, todas têm um elo em comum: lubrificação.

A lubrificação nas caixas de velocidade, e sobretudo nas caixas automaticas, é tal como nos motores, fundamental para o bom funcionamento de todo o sistema.

Uma má ou inexistente manutenção da caixa de velocidades automática, leva a inúmeros problemas, que depois afetam o grupo de válvulas, conversores, pistões, embraiagens, etc.

Também a utilização do lubrificante correto, que cumpra as normas do fabricante, reduz a possibilidade de vir a ocorrer alguns tipos de falhas ou queixas por parte do condutor.

Por exemplo, a utilização de um lubrificante de caixa automática de especificação inferior à recomendada pode fazer com que os tempos de atuação da caixa não sejam os corretos. Tal deve-se às diferentes viscosidades dos óleos. O lubrificante mais comum nas caixas velocidade automáticas é o ATF. Apesar de muitas das vezes o lubrificante ATF ser todo semelhante, na realidade, este é muito diferente, fruto da evolução tecnológica dos mesmos. Uma caixa de velocidades automática é parametrizada de fábrica para um determinado óleo que cumpre determinadas características, entre as quais o tempo de passagem de caixa. Se o óleo possuir uma viscosidade diferente da do recomendado, o tempo de passagem de caixa é alterado podendo daí advir diversos problemas e queixas.

 

Apesar de nos últimos anos muitos fabricantes afirmarem que as caixas mais recentes não necessitam de manutenção, os técnicos da LDauto têm vindo a deparar-se que as mesmas beneficiam da mudança de óleo e filtro, evitando assim desgastes prematuros entre outros problemas.

Na imagem 2 podemos ver a evolução da degradação do lubrificante do tipo ATF de uma caixa velocidades automática.

Imagem 3 - Estado do lubrificante de caixa de velocidades ao longo do seu funcionamento

À esquerda o lubrificante apresenta-se no seu estado novo e a caminhar para a direita pode-se observar a degradação ao longo da utilização da caixa.

Quando o estado do óleo chega ao ponto de saturação máximo, este perde as suas propriedades de lubrificação, tornando-se menos viscoso, o qual irá afectar o funcionamento do grupo de válvulas, por exemplo.

Outro problema que pode advir da falta de mudança de lubrificante é o entupimento do filtro da caixa com partículas/limalhas decorrentes da degradação do óleo da caixa.

 

Desta forma a LDAuto – Leiridiesel recomenda uma manutenção preventiva da caixa sensivelmente a cada 60 000km com a substituição de óleo da caixa indicado e respetivo filtro. A LDAuto dispõe de técnicos certificados e de equipamento específico para a substituição de óleo das caixas de velocidade, pelo método de dialise.

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